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Big Raspberry JAM TOKYO 2013
Hardware
Raspberry Pi と GPIO
お手軽 Physical Computing
～ LED チカチカと温度センサー ～
Japanese Raspberry Pi Users Group
あおしま ひでき (Hideki AOSHIMA)
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自己紹介
● 某中小企業で何でも屋のエンジニア
● Raspberry Pi は販売初期に入手
– 現在は結局５台所有（ Model A x1, Model B x4 ）
● こういうアイコンで出没→
● twitter: @azarashi55
● OSC(Open Source Conference) で講演など
* http://www.ospn.jp/

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Agenda
● Raspberry Pi の紹介
● Raspberry Pi の GPIO
– 質疑応答、ディスカッションなど
● LED チカチカ（俗にいう L チカ）
– 質疑応答、ディスカッションなど・休憩
● 温度センサーを接続して温度測定
– 質疑応答、ディスカッションなど

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Raspberry Pi の紹介 -1-
● 超小型で超安価な ARM コンピューター
– The Raspberry Pi Foundation が開発
● 代表は Eben Upton 氏（ Broadcom 社 Director ）
– コンピューター教育用途として開発
– Model A( 約 $25) 、 Model B( 約 $35)
– ちなみに小中高生（ K12 ）のお小遣いで買える価格を目指したそうです
– 大きさはちょうどクレジットカードサイズ

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Raspberry Pi の紹介 -2-
● なぜ” Raspberry Pi” ？
– ” コンピューター会社の名前にはフルーツの名前を
つけるのが一般的” by Eben 氏
– Pi は Python に由来
● 本セミナーではシェルスクリプトと Python を使用
● もちろん他の言語も使えます

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Raspberry Pi の紹介 -3-
● Raspberry Pi の主な仕様
– SoC: Broadcom BCM2835
● CPU: ARM1176JZF-S(ARM11)
● GPU: Broadcom VideoCore IV
– OpenGL ES2 がかなり高速で動く
– I/O: USB2.0 、 Audio 、 HDMI 、 RCA Video 、 GPIO
– Storage: SD カード
– 電源 : 基本的に microUSB から入力（ 5V ）

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Raspberry Pi の紹介 -4-
● Model A と Model B
– Model A （より低消費電力な廉価版）
● LAN ポート無し、 USB x 1 、 256MB メモリ
– Model B （こちらが主流）
● LAN ポート有り、 USB x 2 、現在は 512MB メモリ
● Rev.1 と Rev.2(256MB メモリ ) 、
Rev.2(512MB メモリ ) が存在します

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Raspberry Pi の紹介 -5-
● cat /proc/cpuinfo
– Revision: の欄を見る
● Model B Rev.1 : 0002
● Model B Rev.2(RAM 256MB):0004,0005,0006
● Model B Rev.2(RAM 512MB):000d,000e,000f
● Model A : 0007,0008,0009
* http://elinux.org/RPi_HardwareHistory

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Raspberry Pi を使う上での Tips
● 電源は大事
– スマートフォン用充電器などが使えますが、供給可能電
流が 1A 以上あると動作が安定します（特に Wi-Fi ドング
ル使用時）
● SD カード
– そこそこのブランドの SDHC カード class 10 、容量 4GB
以上がオススメ

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Raspberry Pi の購入
● 発売当初は世界的に供給不足だったが今は供給
が安定
● RS コンポーネンツ
– 日本で唯一の公式 Reseller
– http://jp.rs-online.com/web/generalDisplay.html?id=raspberrypi
– Blue Raspberry Pi のキャンペーン中

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Raspberry Pi のセットアップ -1-
● 最低限必要なもの（ Model B の場合）
– 電源（スマートフォン用充電器など）
– SD カード（ SDHC カードがオススメ）、 SD カードリーダー / ライター
– LAN ケーブル
● Model A や接続形態によって必要なもの
– USB キーボード、 USB マウス、ディスプレイ
– USB- シリアル変換ケーブル or アダプター（ Model A の場合）
– Wi-Fi ドングル（多くの製品が Raspbian で使用可能）
* http://elinux.org/RPi_VerifiedPeripherals

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Raspberry Pi のセットアップ -2-
● SD カードに OS イメージファイルを書き込む
– 本セミナーでは Raspbian ”Wheezy” 2013/2/9 版を使用
● 起動して初期設定
● 必要に応じてユーザー追加・パスワード変更など
● 詳細は Interface 12 月号・同誌増刊号などをご参照下さい
– 基本的に Debian GNU/Linux “Wheezy” です
* Interface 12 月号 P.50 ～、増刊号 P.22 ～
* http://www.raspberrypi.org/downloads

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Raspberry Pi の GPIO -1- *
● 百聞は一見にしかず
GPIO

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Raspberry Pi の GPIO -2-
● GPIO とは？
– General Purpose Input/Output （汎用入出力）の略語
– Raspberry Pi の場合 13 ピン２列の 26 ピン
● GPIO で何ができるか？
– 単純な入出力機能だけでも LED チカチカ、ボタン押下検出など
– I2C 、 SPI 、 UART などで様々な外部デバイスを接続可能
– I2C については後ほど温度センサーでご説明します
– UART は USB シリアル変換で使います

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Raspberry Pi の GPIO を扱う上での
注意点
● GPIO ピンは SoC に直結されています
– 静電気、過電圧、過電流により Raspberry Pi 本体に損傷を与える可
能性があります
– 特に静電気（着衣、空気の乾燥など）、過電圧には注意しましょう
● 入出力電圧は 3.3V です
– 5V を入出力できません（ Arduino とは異なります）
– 接続するデバイスも 3.3V で動作するものを選ぶ

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Raspberry Pi の GPIO -3-
● Raspberry Pi の GPIO ピン配列 (Model B Rev.2 、 Model A)
– 3.3V と 5V とGND が隣接しているので要注意
– Model B Rev.1 は一部 GPIO ピンアサインが異なっているので注意して下さい
* http://www.orsx.net/blog/archives/4126
I2
C で使います
Rev.1 では GPIO21

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Raspberry Pi の GPIO -4-
● Raspberry Leaf
* http://www.doctormonk.com/2013/02/raspberry-pi-and-breadboard-raspberry.html

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質疑応答・ディスカッション・休憩

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LED チカチカ -1-
● LED チカチカ（俗に L チカ）の利点
– 回路が簡単
– 動作結果が目で見てわかる
– ブレッドボード（次にご説明します）を使えばハン
ダ付け不要でお手軽
– パーツが超安価

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LED チカチカ -2- *
ブレッドボード
● ブレッドボードとは？
– ブレッドボードの一例（色んな種類があります）
* http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-00315/

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LED チカチカ -3- *
ブレッドボードの内部配線
● ブレッドボードの内部配線
溝の部分で
絶縁されています

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LED チカチカ -4- *
LED の基礎知識
● LED （発光ダイオード）
– ダイオードなので極性有り
● 足の長さや切欠きで区別
– Vf （順方向降下電圧）が
3.3V 以下のものを選ぶ
– 電流制限抵抗を入れて LED
に過電流が流れないようにする

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LED チカチカ -5-
配線図・回路図
● 配線図・回路図（みんな大好き Fritzing ）
* http://fritzing.org/
電流制限抵抗

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LED チカチカ -6- *
実際の配線
● 実際の配線
– 静電気に注意
– 電源は抜いておく
– 配線ミスに注意
– LED には極性があります

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LED チカチカ -7- *
シェルスクリプト
● Raspbian の場合すごく簡単（ root ユーザーで実行）
– GPIO7 の使用開始
echo “7” > /sys/class/gpio/export
– GPIO7 を出力に設定
echo “out” > /sys/class/gpio/gpio7/direction
– GPIO7 に 3.3V を出力
echo “1” > /sys/class/gpio/gpio7/value
– GPIO7 への出力を止める
echo “0” > /sys/class/gpio/gpio7/value
– GPIO7 の使用終了
echo “7” > /sys/class/gpio/unexport
* Interface 誌 P.70 ～ 72 、 Interface 誌増刊号 P.48 ～ 50

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LED チカチカ
質疑応答・ディスカッション・休憩

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I2
C 接続の温度計 -1-
● なぜ温度計か？
– 使用する I2C 接続の温度センサー（ TMP102 ）が比較的安価
– Raspberry Pi の GPIO ヘッダーに I2C （後でご説明します）
専用の端子がある
– I2C なのでデジタル入出力で結線数が少ない
– 温度計が GPS とかより身近
* http://www.switch-science.com/catalog/258/ など

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I2
C 接続の温度計 -2-
I2
C について
● I2C とは
– 1980 年代初頭に開発されたプロトコル
● その後改訂されて現在に至る
– シリアルデータ（ SDA ）とシリアルクロック（ SCL ）の 2 本の
信号線によるシリアル通信
● 電源ラインを含めてもたった 4 本の結線で使用可能
– Raspbian のデフォルトのカーネルで I2C が使える
– 「アイ・スクエアド・シー」が正しい読み方
– ただ「アイ・ツー・シー」とも呼ばれる

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I2
C 接続の温度計 -3-
I2
C でのデバイスの接続
● I2C でのデバイス接続方法
– 一つのマスターデバイス（今回は Raspberry Pi ）にスレーブデバイス
（ 2 つ以上でも OK ）を接続
– スレーブデバイスは I2C アドレス（大抵 7bit ）を持ち、識別されます

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I2
C 接続の温度計 -4-
TMP102
● TMP102 の特徴
– I2C 接続で結線数が少ない（電源ライン込みで 4 本）
– 3.3V で動作し、消費電力が少ない
– 比較的安価
– 精度が 0.5℃
（分解能は 0.0625℃ ）
– 使用例が多く WEB 上に情報が多い

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I2
C 接続の温度計 -5- *
TMP102
● TMP102 にピンヘッダーをハンダ付け
– ブレッドボードに仮固定するとうまくできます

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I2
C 接続の温度計 -6-
配線の確認
● 事前に Fritzing で配線の確認

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I2
C 接続の温度計 -7- *
実際に配線
● I2C 用ピンヘッダーの配置上、配線が１ヶ所に集中します

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I2
C 接続の温度計 -8-
Raspbian の準備
● I2C モジュールの有効化（コメントアウトするだけ）
$ sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf
* Interface 誌増刊号 P.95 ～ 97

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I2
C 接続の温度計 -9-
Raspbian の準備
● i2c-dev モジュールを起動時に読み込ませる
$ sudo nano /etc/modules

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I2
C 接続の温度計 -10-
Raspbian の準備
● 一旦 Raspberry Pi を再起動してログを確認
$ dmesg | grep i2c
で以下の 3 行が出力されていることを確認 (lsmod コマンドでも
OK)
[ 4.686775] bcm2708_i2c bcm2708_i2c.0: BSC0
Controller at 0x20205000 (irq 79) (baudrate 100k)
[ 4.897084] bcm2708_i2c bcm2708_i2c.1: BSC1
Controller at 0x20804000 (irq 79) (baudrate 100k)
[ 14.220329] i2c /dev entries driver

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I2
C 接続の温度計 -11-
I2
C 関連のパッケージをインストール
●I2Cデバイスを操作するのに必要なパッケージをインストール
$ sudo apt-get install i2c-tools python-smbus
●今回使用している温度センサーTMP102はさきほどのように配線
すると、I2Cアドレスが0x49となります
●ちなみに、TMP102はI2Cアドレスを変えれば複数個接続出来ます
– ADD0端子の接続先を変更するとI2Cアドレスが変わります

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I2
C 接続の温度計 -12- *
TMP102 の動作確認
● i2cdetect で確認
– 0x49 のところに 49 と表示されれば正常に通信できてい
ます
– なお、 Raspberry Pi Model B Rev.1 と
それ以外で i2cdetect の引数が異なります

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I2
C 接続の温度計 -13-
● 今回は I2C 操作に SMBus モジュールを使います
– ただし、ドキュメントが極端に少ないです
– Python3 系列が必須ですが quick2wire-python-api とい
うものもあります
● スライドの関係上クラス等は作りませんでした
* https://github.com/quick2wire/quick2wire-python-api

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I2
C 接続の温度計 -14-
Python スクリプト
#!/usr/bin/env python
import smbus
# TMP102のI2Cアドレスは0x49
addr = 0x49
# SMBusの引数はModel B Rev.1の場合0、Model B Rev.2、Model Aの場合1
i2c = smbus.SMBus(1)
# TMP102から２バイト読み込みます
temp = i2c.read_i2c_block_data( addr, 0 ,2)
# 最後に、TMP102のデータシート通りに温度を計算して、画面表示します
print temp[0] + (temp[1] >> 4) * 0.0625

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I2
C 接続の温度計 -15- *
● GPIO へのアクセスは root 権限が必要なの
で sudo コマンドを使います

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I2
C 接続の応用
● I2C 接続をマスターすると・・・
– 様々なセンサー類をつなぐことができる
● 温度、湿度、大気圧、 GPS 、加速度など
– センサーの他にもいろいろつながります
● LCD 、 A/D コンバータ、 RTC(Real Time Clock) など
– ぜひ TMP102 以外にもトライしてみて下さい

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質疑応答・ディスカッション

44. 44
ありがとうございました
『 Big Raspberry JAM TOKYO 2013
Hardware 』
主催： Japanese Raspberry PI Users Group (http://www.RasPi.jp/)
後援：アールエスコンポーネンツ株式会社 (http://rs-components.jp/)
株式会社 KDDI ウェブコミュニケーションズ (http://www.cloudcore.jp/)