いまさら聞けないRaspberry Pi ～センサーとクラウド編

いまさら聞けない
Raspberry Pi
～話題の Raspberry Pi をはじめるために～
後編

IoTにおける Raspberry Pi の
位置づけ
IoT と Raspberry Pi のおいしい関係♡

IoTとは？
• Internet of Things の略
• 情報通信機器以外のさまざまな「モノ」をネットワークに接続
し、情報取得や制御を行うこと
• 2015年頃から急激に広まったキーワード

IoTの構成
• IoT では、「IoTゲートウェ
イ」を見落としがち
IoT ゲートウェイ
ネットワーク
クラウド
モノ (センサー)

IoTの構成
• IoT では、「IoTゲートウェ
イ」を見落としがち
• Raspberry Pi は、IoTゲート
ウェイとして注目されている
• センサーとの接続性が高い
• デフォルトでネットワーク接続
できる IoT ゲートウェイ
ネットワーク
クラウド

IoTの構成
ネットワーク
クラウド
さて、Raspberry Pi を
センサーと接続するために
は？

Raspberry Pi とセンサーの接
続
基本と、いくつか事例をご紹介

Raspberry Pi の面白いところ
画像: http://gigazine.net/news/20150209-raspberry-pi-2-crash/

Raspberry Pi の面白いところ
ピン端子があ
る！
画像: http://gigazine.net/news/20150209-raspberry-pi-2-crash/

Raspberry Pi のピンを使ってプロトタイ
プ
画像(上): https://www.switch-science.com/catalog/313/
ブレットボードとジャンパワイ
ヤで配線が可能
画像(下): https://www.switch-science.com/catalog/2288/画像(ジャンパ): https://www.switch-science.com/catalog/2294/

Raspberry Pi のピン配置
合計 40 ピン
GPIO用 26 ピン
電源(5V) 2 ピン
電源ピン(3.3V) 2 ピン
GNDピン 8 ピン
画像: https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio-plus-and-raspi2/README.md

Raspberry Pi のピンを使った主な入出力
方法
SPI I2C
GPIO
同期式のシリアル通信の規格のひとつ。
単方向(入力用、出力用)のデータ通信用線
にデバイスをつなぎ、切り替えて扱う。
General Purpose Input/Output (汎用入出力) と呼ばれる規格。
電子回路に馴染みがなくても、比較的簡単に使うことができる。単純に、入力された
電圧を読み取ったり、指定した電圧を出力することができる。
同期式のシリアル通信の規格のひとつ。
双方向のデータ通信用線にデバイスを並
列でつなぎ、切り替えて扱う。

Raspberry Pi のピンを使った入出力方法
UART
Universal Asynchronous Receiver Transmitter と呼ばれる歩調同期式の
シリアル⇔パラレルを変換して通信する回路を指す。PCとの通信にも
利用でき、その場合は変換アダプタを利用する。

実は、Raspberry Pi にはアナログ入出力
がない
• 基本的には、A/Dコンバーターを
利用し、デジタル値で入力する
• スイッチなど、2値データの場合は、
プルアップ/プルダウンの機構を入
れると安定する
• ただし、音響用の入出力について
は、PCMがサポートされている
• PCM = Pulse-code Modulation
例えば、安価な CdSセル光センサーも A/D
コンバーターを通して入力する必要がある

センサーを選ぶときの確認ポイント
センサー側の通信方式
• 単純な構造のセンサーは A/D
コンバーター + GPIO
• 複数のセンサーを載せたもの
は、SPI, I2C で利用できるも
のが多い
対応するピンの数
• GPIO用 26本
• SPI, I2C, UART 用は、ピンの
位置が指定されており、モー
ドを切り替えて使う
• ピン配置を確認できるサイト
• http://pinout.xyz/

Raspberry Pi で GPIO を使う
Raspberry Pi 専用OS Raspbian をベースに解説

Raspberry Pi の GPIO を使うには？
• GPIO の仮想ファイルを操作する
• gpio コマンドを利用する
• プログラムでライブラリを利用する

Raspberry Pi の GPIO を使うには？
GPIO仮想ファイルで操作する gpio コマンドを利用する

Raspberry Pi のGPIOをプログラムから
扱う
Python
• 標準搭載のライブラリ
• RPi.GPIO
• ほかにもいろいろ
Node.js
• npm でインストールして利用
• たくさん公開されているので、
気に入ったものをチョイス
• 日本語の情報が見つかるのは、
このあたりのモジュールのよう
• onoff
• pi-gpio
Raspberry Pi 専用OSの Raspbian は、ベースが Debian なので、
apt-get などでインストールして使えるものも多数

Raspberry Pi で SPI や I2C を
使う

Raspberry Pi で SPI を使う
• Pinout が参考になる
• Python の spidev を利用す
る
http://pinout.xyz/pinout/spi

Raspberry Pi で I2C を使う
• Pinout が参考になる
• i2c-tools コマンドを利用す
る
• Python の smbus を利用す
る
http://pinout.xyz/pinout/i2c

Raspberry Pi の入出力を GUI
で
オープンソースの Node-RED を使うと便利！

内臓の Node-RED で入出力
Node-RED を起動ブラウザからアクセス

内臓の Node-RED で入出力
Pin 7 から入力し、Pin 26 に出力す
る例
Pin7 に接続したタクトスイッチを
押すと、Pin26 に接続したLEDが光
る

ピン端子以外の接続あれこれ
USBポートが4つあるので、アダプタを搭載できる

USBポートを利用して、様々な入出力が
可能
Bluetooth
ZigBee
WiFi
EnOcean
画像: http://vdd.varitec.co.jp/ep_index.cgi?item_id=39
画像: https://www.switch-science.com/catalog/1845/
よく知られた近距離無線通信規格。近年では、
Bluetooth Low Energy (BLE) という省電力の
規格が策定され、IoT の分野でも利用しやす
くなった。
センサーネットワークを目
的とする無線通信規格。転
送距離が短く低速だが、安
価で消費電力が少ない。
XBeeやTWE-Liteなど。
よく知られた無線LANの規格。PCとの通信
に用いられることが大半だが、センサーと組
み合わせて使えるWiFiモジュールもあり、セ
ンサーからのデータ受信にも利用できる。
消費電力が非常に小さく、
ボタンを押す力や小型ソー
ラーパネルによる電力量で
賄えるため、バッテリーレ
スで無線通信が可能。

Raspberry Pi で Bluetooth 経
由でセンサーデータを取得す
る
事例をご紹介

Bluetooth 経由で扱えるセンサーのご紹
介
SensorTag
• Texas Instruments 製
• 10種のセンサーを搭載し、
Bluetooth でセンサーデータを利用
することができる
• 赤外線温度センサ
• 周辺光センサ
• 大気圧センサ
• 9軸モーションなど
Konashi + Uzuki
• ユカイ工学製
• Bluetooth モジュールの Koshian
を搭載した開発ボード Konashi
• センサーシールド Uzuki を接続で
きる
• 3軸加速度センサ
• 室温度センサ
• UV指数センサ
http://www.m-pression.com/ja/solutions/boards/uzuki-shieldhttp://www.tij.co.jp/sensortag

例) Raspberry Pi で SensorTag のデータ
取得
• Python のライブラリ pyBluez
を利用し、Bluetooth 経由で
SensorTag のデータを取得で
きる
• 詳しくはこちらをご参照くだ
さい
• Check! Raspberry Pi で
Bluetooth 経由のセンサーデー
タを取得する〜準備編

Raspberry Pi とクラウドを接
続
いよいよネットワークに解き放つ！

Raspberry Pi で取得したデータはどうす
るの？
• ネットワークを使って、別の
場所へ送信、蓄積する
• クラウド
• オンプレミス
• 可視化・分析することで、今
までになかった価値や利用法
が期待される IoT ゲートウェイ
ネットワーク
クラウド

Raspberry Pi で取得したデータはどうす
るの？
ネットワーク
クラウド
では、Raspberry Pi を
クラウドと接続するために
は？

IoT プラットフォームがつぎ
つぎと
大手クラウドベンダーから、IoT専門のプラットフォームまで

クラウドベンダーによる IoT プラット
フォーム
Microsoft Azure
IBM Cloud
Amazon Web Services
国内クラウド
• IoT Hub
• Event Hub
• Functions, API Management
• Bluemix IoT Foundation
• SoftLayer (IaaS)
• AWS IoT
• AWS Lambda + API Gateway
• ニフティクラウド IoTプラット
フォーム
• さくらのIoT Platform
• IDCF Cloud myThings

その他
• IFTTT (サービス連携サービス)
IoTプラットフォームあれこれ
IoT専用プラットフォー
ム• Milkcocoa
• dataSamplr
非常に多くの IoT プラットフォームがあり、今でも増えている。
また、 IoT の前には、もともとは M2M (Machine to Machine) や、インダス
トリー4.0 と言われていた、工場に関わる機械のデータを扱う考え方があっ
た。IoT プラットフォームはその流れを引き継いだものもある。

IoTプラットフォームの利用例
を紹介
Microsoft Azure / IBM Bluemix / SoftLayer / AWS IoT へ接続してみた

Microsoft Azure との連携
• SensorTagのデータをクラウドで
機械学習する検証
Raspberry
PiSensorTag
FS01BU
SORACOM
Air
SORACOM
Funnel
Event Hubs Stream
Analytics
Table
Storage
Machine Learning
Azure
Bluetooth
通信
https

IBM Bluemix との連携
SensorTa
g
IoT
Foundation
Real-Time Insights
Node-RED
スマートフォン
専用アプリ
Bluemix

活用例) Bluemix Real-Time Insights で可
視化
ほぼリアルタイムに、
センサーのデータが反
映される

Bluemix 上の Node-RED に連携
IoT Foundation からのデー
タを受け取って、ノードの
処理ができる
Node-RED

IBM SoftLayer との連携
• ボタンを押すと、カメラで撮
影した画像を、自動的にメー
ルで送信するアプリケーショ
ン
• 物理ボタンをトリガーに、ク
ラウドストレージとメール
サービスとの連携を実現
HTTP
HTTP
GPIO
スイッ
チ

IBM SoftLayer との連携
HTTP
HTTP
GPIO
スイッ
チ

AWS IoT との連携
• Raspberry PiとAWSを接続し、超
音波距離センサーで取得した距離
データを、Kibanaで可視化

AWS IoT との連携
• AWS IoTへの接続は、HTTPの他、
MQTTでも送信可能
GPIO
AWS IoT Amazon
Elasticsearch
超音波
距離センサー
HTTP
Raspberry Pi

参考資料（1）
GPIO 関連
• Raspberry Pi GPIO について
• https://www.raspberrypi.org/doc
umentation/usage/gpio-plus-
and-raspi2/README.md
• gpio コマンド
• http://wiringpi.com/the-gpio-
utility/
Node-RED
• Node-RED
• http://nodered.org/
• Node-RED ユーザー会
• Facebookグループ
• https://www.facebook.com/groups
/noderedjp/
• イベント告知（DoorKeeper）
• https://node-red.doorkeeper.jp/

参考資料（2）
無線関連
• ZigBee
• http://www.zigbee.org/
• XBee
• http://www.digi.com/products/xb
ee
• TWE-Lite
• http://mono-
wireless.com/jp/products/TWE-
001Lite.html
• EnOcean
• https://www.enocean.com/en/pr
oducts/

参考資料（3）
Bluetooth 関連
• SensorTag
• http://www.tij.co.jp/sensortag
• Konashi
• http://konashi.ux-xu.com/
• Uzuki
• http://www.m-
pression.com/ja/solutions/board
s/uzuki-shield

参考資料（4）
クラウド関連
• Microsoft Azure
• https://azure.com/
• Amazon Web Services
• https://aws.amazon.com/
• IBM Cloud
• https://www.ibm.com/cloud-
computing/
• ニフティIoTデザインセン
ター
• http://iot.nifty.com/
• さくらのIoT Platform
• https://iot.sakura.ad.jp/
• IDCF Cloud - myThings
• https://www.idcf.jp/cloud/iot/

参考資料（5）
クラウド関連
• Milkcocoa
• https://mlkcca.com/
• dataSamplr
• http://m2m.isb.co.jp/datasamplr
/
• IFTTT
• https://ifttt.com/
• SORACOM
• https://soracom.jp/

ありがとうございました！

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