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今改めて見直してみるラズパイの真価

濱田孝治
September 27, 2023

 今改めて見直してみるラズパイの真価

IoT入門するときに思い浮かべるものとして、Raspberry Piを挙げる人も多いのではないでしょうか?

このセッションでは、ラズペリーパイ4を改めて使ってみて、最近のラズパイの進化、クラウドとの接続方法、遊び方、テンション上がる利用方法などをご紹介します。

濱田孝治

September 27, 2023
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Transcript

  1. 今あらためて⾒直してみる
    ラズパイの真価
    1
    濱⽥孝治(ハマコー)

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  2. 2
    自己紹介
    濱⽥孝治(ハマコー)
    • 2017年9⽉⼊社
    • CX事業本部 Delivery部 VPoE
    • JAWS-UG container
    • AWS APM Ambassador 2020
    • 好きな⾔葉「わっしょい」「どすこい」
    • @hamako9999

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  3. 3
    自己紹介
    濱⽥孝治(ハマコー)
    • 2017年9⽉⼊社
    • CX事業本部 Delivery部 VPoE
    • JAWS-UG container
    • AWS APM Ambassador 2020
    • 好きな⾔葉「わっしょい」「どすこい」
    • @hamako9999
    IoT経験
    一切なし!!

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  4. 4
    最初に
    なぜRaspberry Piで喋ろうと思ったのか︖

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  5. 5
    安直に考えた
    IoTと⾔えば
    とりあえず
    えーっとラズパイでしょ︖

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  6. 6
    今⽇の主旨
    Raspberry Pi ど初⼼者が
    試⾏錯誤の過程を共有することで
    IoTとRaspberry Piの魅⼒に
    改めて気づいてもらう

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  7. 7
    ハマコーからの質問タイム

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  8. 8
    質問①
    Raspberry Pi
    興味あるが
    触ったことがないひと︕

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  9. 9
    質問②
    Raspberry Pi
    触ったことがあるひと︕

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  10. 10
    質問③
    Raspberry Pi
    を使ってなにかしら
    ⼯作したことがあるひと︕

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  11. 11
    Agenda
    • Raspberry Pi とはなにか︖
    • Raspberry Pi 4の始め⽅(開封の儀を添えて)
    • Raspberry Pi 4でやってみると⾯⽩そうなこと
    • まとめ

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  12. 12
    Raspberry Pi とはなにか︖

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  13. 13
    Ras
    pberry Pi とはなにか︖
    まじかよこれ!

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  14. 14
    Raspberry Pi とは︖
    https://www.raspberrypi.org/

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  15. 15
    Raspberry Pi とは︖
    Our Vision
    Our vision is that every young person develops

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  16. 16
    Raspberry Pi とは︖
    イギリスのRaspberry Pi
    Founcationが製造元のシングル
    ボードコンピュータ
    • ARMプロセッサ
    • コンピュータ教育で利⽤されることを想定
    • Raspberry(ラズベリー)の由来は、昔のコンピ
    ュータの名前によく果物が利⽤されていた事から
    • Piは”Python interpreter”
    • GPIO搭載により、様々なデバイスとの接続が可

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  17. 17
    Raspberry Pi の進化の歴史
    Raspberry Pi1(2012)
    • CPU: Broadcom BCM2835 SoCを採⽤
    700MHzのARM1176JZF-Sコア
    • RAM: Model Aでは256MB RAM
    Model Bでは512MB RAM
    • ストレージ: SDカードにOSやデータを保存
    • 接続性: Model BはEthernetポートと2つのUSB
    2.0ポート。Model AはUSBが1つだけ
    • 注⽬点: 初のRaspberry Pi。初めての導⼊で⼤き
    な話題となり、低価格でアクセス可能なコンピュ
    ータとして注⽬を集めた

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  18. 18
    Raspberry Pi の進化の歴史
    Raspberry Pi2(2015)
    • CPU: Broadcom BCM2836を採⽤
    900MHzのARM Cortex-A7クアッドコア
    • RAM: 1GB
    • ストレージ: Micro SDカードに変更
    • 接続性: 4つのUSB 2.0ポートとEthernet
    • 注⽬点: 1世代⽬より⼤幅な性能向上
    Windows 10 IoT Coreなど、より多くの
    OSがサポートされるように

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  19. 19
    Raspberry Pi の進化の歴史
    Raspberry Pi3(2016)
    • CPU: Broadcom BCM2837 SoC
    1.2GHzのARM Cortex-A53クアッドコア
    • RAM: 1GB
    • 接続性: 4つのUSB 2.0ポート、Ethernet、
    および初めてのWi-Fi 802.11nと
    Bluetooth 4.2 BLEを搭載
    • 注⽬点: 無線接続機能の追加により、さま
    ざまなIoTプロジェクトや無線接続が必要
    なアプリケーションに適している

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  20. 20
    Raspberry Pi の進化の歴史
    Raspberry Pi4(2019)
    • CPU: Broadcom BCM2711 SoCを採⽤。1.5GHzの
    ARM Cortex-A72クアッドコア
    • RAM: 3つのバージョンで2GB, 4GB, 8GB RAMを提

    • ストレージ: Micro SDカードを継続
    • 接続性: 2つのUSB 2.0ポート、2つのUSB 3.0ポート、
    Gigabit Ethernet、Wi-Fi 802.11ac、Bluetooth 5.0、
    2つのmicro HDMIポートでデュアルディスプレイをサ
    ポート
    • 注⽬点: Raspberry Piシリーズで最もパワフル
    USB 3.0やGigabit Ethernetによる⾼速なデータ転送、
    ⼤容量RAMモデルの追加など、デスクトップPCに近い
    性能と機能を持つ

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  21. 21
    Raspberry Pi 4の始め⽅
    (開封の儀を添えて)

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  22. 22
    右も左もわからないハマコーが買ったやつ

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  23. 23
    Raspberry Pi 始める時に必要なもの
    必須? 必須︖ セットにある︖ 備考
    Pi 4 マザーボード ◯ ◯ メモリは1,2,4,8から選択。8GBもいらないかも?だけれど、多くて困
    らないと思ったので8GBにしてみた。
    マイクロSDカード ◯ ◯ ⾃前のPCでOSイメージを書き込んでおいて、ラズパイ本体に差し込ん
    で起動するために必要
    ヒートシンク ✗ ◯ CPU、メモリなどの冷却⽤。ボード単体でも動作はするっぽいが、あっ
    たほうが安定する。実際ヒートシンクCPU触ったらかなり熱かった
    ⾵冷ファン ✗ ◯ ↑
    Pi 4 Model B専⽤ケース ✗ ◯ 安定して運⽤するならケースは、まぁあったほうが良いよね
    ディスプレイ(HDMI接続) △ ✗ 事前に設定済みのイメージであれば不要っぽい(SSHやVNCなどでの
    接続)が、恐らくないと最初はわけわからなくなる
    マイクロHDMI⇔HDMIケーブ
    ル(4K出⼒対応)
    △ ◯ ↑
    マウス・キーボード(USB接
    続)
    △ ✗ なにかしらあったほうが初期設定はやりやすい
    イーサネットケーブル ✗ ✗ ボードにBluetooth 5.0もWiFi(2.4G/5G)もあるので、必須ではない
    USB Type-C電源とケーブル
    (スイッチ付き)
    ◯ ◯ 公式推奨の5V/3Aの満たすものが必要。⾃前であればよし。ケーブルに
    スイッチは必須ではないが、スイッチついている⽅が便利ではある。あ
    んまり他になさそうなので、セット品が良さそう。

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  24. 24
    開封の儀

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  25. 25
    開封の儀

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    開封の儀

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    開封の儀

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    開封の儀
    電源用
    USB Type-C
    電源用
    AC アダプタ
    32GB
    マイクロSDカード
    HDMI ⇔ マイクロHDMI ケーブル
    ✕2
    ヒートシンク
    冷却ファン

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    開封の儀

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  30. 30
    開封の儀

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  31. 31
    開封の儀

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  32. 32
    開封の儀
    画面が出て感動!!

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  33. 33
    開封の儀
    泣きそうなほど
    めんどくさかったやつ

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  34. 34
    開封の儀

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  35. 35
    インターフェース整理
    ギガビットイーサネット
    USB 3.0 ✕2
    USB 2.0 ✕2
    電源用 USB Type-C
    マイクロHDMI✕2
    GPIO

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  36. 36
    なんとか⼀通りの
    セットアップはできた

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  37. 37
    ここで疑問
    購⼊したセットは
    初⼼者として良いものだったのか︖

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  38. 38
    ふと我に帰ってみると
    振り返ってみても
    よござんすだった感じがします

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  39. セット購⼊⾦額 ¥18,480
    • Raspberry Pi4 Model B/8GB 本体
    • それっぽいケース、冷却ファン
    • ヒートシンク(ボード本体には恐らくついていない)
    • マイクロHDMI ⇔ HDMIケーブル✕2
    • マイクロSDカード 32GB、SDカードアダプタ
    • 仕様に準拠した給電⽤USB Type-Cケーブル、ACアダプタ
    39
    総じて悪くなかったので現時点ではオススメ
    ボード本体がこの値段ってことを考
    えると、まとめて必要なもの買えるし
    悪くないセットな気がする
    (ケースの説明書がないのでそこは
    苦労した)

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  40. 40
    Raspberry Pi 4やってみると
    ⾯⽩そうなこと

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  41. 41
    Raspberry Pi4でやってみると⾯⽩そうなこと
    • GPIO(General Purpose Input/Output)
    • ホームサーバー
    • クラウド連携
    • エッジAI

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  42. 42
    GPIO(General Purpose Input/Output)
    汎⽤I/Oポートで、電⼦⼯作に⼊⾨してみる
    • 汎⽤的に使える⼊⼒/出⼒⽤インターフェース
    • マザーボードに最初から付属
    • コマンド制御が即可能
    • Raspberry Piといえばまずはこれを思い浮かべる⼈が多

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  43. 43
    GPIO(General Purpose Input/Output)
    • LEDの点滅制御
    • GPIOの基本中の基本を学ぶもの。基本を学んだ後はトラフィ
    ックライトのシミュレーションなどで応⽤
    • 温度・湿度センサーのデータ読み取り
    • DHT11やDHT22といった温度・湿度センサーをGPIOピンに
    接続し、現在の室温や湿度をリアルタイムでモニタリング。
    Webインターフェースやクラウド接続で、状況を可視化
    • ホームオートメーション
    • リレー、モーター、センサーなどの部品をGPIOピンに接続し、
    家の照明や扇⾵機、窓の開閉などの動作を⾃動化

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  44. 44
    GPIO(General Purpose Input/Output)
    利⽤可能なセンサーは⾮常に豊富。気になるものから試してみよう︕
    • DHT11 / DHT22: 温度・湿度センサー
    • DS18B20: ワイヤレス温度センサー
    • HC-SR04: 超⾳波距離センサー
    • PIR: ⼈感センサー(動きの検出)
    • BMP180 / BMP280: ⼤気圧・温度センサー
    • MCP3008: アナログ-デジタル変換器。
    Raspberry Piのようなデジタル⼊⼒しか受け付け
    ないデバイスでアナログセンサーを読むために使

    • LDR (Light Dependent Resistor): 光センサ
    ー(明るさの検出)
    • MQ-2 / MQ-3: ガスセンサー(例: MQ-2は煙や
    LPGを検出、MQ-3はアルコール蒸気を検出)
    • GY-521 (MPU-6050): ジャイロスコープ・加
    速度センサー
    • BME680: 温度、湿度、⼤気圧、VOCガスセンサ
    ーの組み合わせ
    • TCS3200: ⾊センサー
    • LM35: 温度センサー
    • ADS1115: 16ビット⾼精度アナログ-デジタル変
    換器
    • MAX6675 / MAX31855: K型熱電対⽤の温度
    センサーインターフェース
    • VL53L0X: レーザー距離測定センサー
    • SI1145: UVインデックス・可視光・IRセンサー
    • INA219: ⾼精度電流・電圧モニタリングセンサ

    • RFID-RC522: RFIDリーダー/ライターモジュー

    • DS3231: ⾼精度リアルタイムクロック
    • BH1750: 照度センサー
    このあたりは「センサーキット」でググると
    セット販売されているものがいろいろ出てきます

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  45. 45
    GPIO(General Purpose Input/Output)
    GPIOで遊ぶならGPIO拡張ボードは必須
    • ボード本体に差して、別の場所にGPIOを拡張
    • 配列がプリントされていて扱いやすい
    • なにするにしても最初に買っておきましょう︕

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  46. 46
    ホームサーバー(軽量ホームサーバー)
    ⽤途 関連OSS 備考
    メディアサーバー Plex, Kodi Raspberry Piを中⼼に、家庭内の映像や⾳楽コンテンツをストリーミングできるメデ
    ィアサーバーを構築
    ファイル共有/クラウドスト
    レージ
    Nextcloud, ownCloud,
    Samba
    家庭内のデバイス間でファイルを共有したり、外出先からもアクセスできるクラウド
    ストレージを構築
    ホームオートメーション Home Assistant,
    openHAB
    家の照明、エアコン、カメラなどのスマートホームデバイスを中⼼に制御するシステ
    ムの構築
    VPNサーバー OpenVPN, WireGuard 家庭のネットワークに安全にリモートアクセスするためのVPNサーバーをセットアッ

    広告ブロッカー Pi-hole 家庭内のネットワークに接続する全デバイスのWebトラフィックから広告をブロック
    するシステムを構築
    ダウンロードステーション Transmission,
    qBittorrent
    トレントやダウンロードタスクを中央で管理・実⾏するステーションとしてのセット
    アップ
    ウェブサーバー/ブログホス
    ティング
    Apache, Nginx,
    WordPress
    個⼈のブログやウェブサイトを⾃宅からホスティング
    メールサーバー Postfix, Dovecot 個⼈のメールアドレスを持ち、⾃宅でメールサービスを運営
    監視カメラシステム Motion, ZoneMinder Raspberry PiカメラモジュールやUSBカメラを使って、家の監視システムを構築
    プリントサーバー CUPS (Common UNIX
    Printing System)
    家庭内の複数のデバイスから、中央のプリンタへの印刷を管理・実⾏するサーバーを
    セットアップ
    家庭内ITインフラ強化の⽤途としてサーバーアプリケーションを実⾏

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    クラウド連携(AWS / Google Cloud / Azure)
    今ならやっぱりクラウド連携してあれこれ試してみたい
    • 家庭内の環境モニター:
    • 概要: Raspberry Piに温度や湿度センサーを取り付けて、データを定期的にAWS IoT Coreを
    経由してAmazon DynamoDBに保存します。
    • 拡張: AWS Lambdaと連携して、異常値を検知した際にAmazon SNSを使って通知を受け取
    るよう設定します。
    • 声制御されるスマートホーム:
    • 概要: Raspberry PiとAmazon Alexaのスキルキットを使⽤して、家の照明や他のデバイスを
    ⾳声で操作します。
    • 拡張: AWS Lambdaを利⽤して、カスタムアクションや複雑な制御を実現します。
    • 家庭⽤Webカメラ:
    • 概要: Raspberry Piとカメラモジュールを使⽤して、家庭内の映像をストリーミングし、
    Amazon Kinesis Video Streamsで映像をクラウド上に保存します。
    • 拡張: AWS Rekognitionを使⽤して、映像内の物体や⼈物を⾃動検出します。

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  48. 48
    クラウド連携(AWS / Google Cloud / Azure)
    上級編ユースケース
    • スマートホームデータ解析:
    • 概要: Raspberry Piで収集した家の各種センサーデータをAWSに送信し、Amazon Redshiftを使⽤して
    ⼤量のデータを分析・集計
    • 拡張: Amazon QuickSightを使ってデータのダッシュボードを作成し、効率的なエネルギー消費や家の
    状態を可視化
    • エッジコンピューティング with AWS Greengrass:
    • 概要: Raspberry Pi上でAWS Greengrassを実⾏し、エッジデバイスとしての機能を強化。Lambda関
    数のローカル実⾏やMQTTプロトコルを⽤いた通信を実現します。
    • 拡張: データをリアルタイムに処理し、AWSへのアップロードの前に適切なフィルタリングや変換を⾏

    • 深層学習を活⽤した画像解析:
    • 概要: Raspberry Piのカメラで取得した映像を、Amazon SageMakerでトレーニングされた深層学習モ
    デルに送信して解析
    • 拡張: AWS LambdaやAPI Gatewayを使⽤して、リアルタイムAPIを作成し、Raspberry Piからの映像
    データに対してリアルタイム解析

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    エッジAI
    Pi 4のHW性能向上で現実味がでてきたユースケース
    • リアルタイム物体検出・顔認識:
    • 概要: Raspberry Pi 4のカメラを使⽤して、リアルタイムでの物体検出や顔認識を⾏う。このアプリケー
    ションは、セキュリティカメラ、⾃動販売機、ドアのアクセスコントロールなど、さまざまな場所での
    利⽤が考えられる
    • 関連ツール: TensorFlow Lite, OpenCV
    • ⾳声アシスタントとの統合:
    • 概要: Raspberry Pi 4を使⽤して、⾳声アシスタントのローカルバージョンを実⾏し、⾳声認識と⾳声⽣
    成を⾏う。エッジデバイス上で⾳声を処理することで、レイテンシを削減し、クラウド接続が不要な場
    合やインターネット接続が不安定な場所でも動作する
    • 関連ツール: Mozilla DeepSpeech, Mycrosoft AI
    • センサーデータの予測メンテナンス:
    • 概要: Raspberry Pi 4を使⽤して、機器やインフラからのセンサーデータを収集し、異常検出や予測メン
    テナンスのためのAIモデルをローカルで実⾏。機械の故障や必要なメンテナンスのタイミングを予測し
    て、ダウンタイムを削減する。
    • 関連ツール: TensorFlow, Scikit-learn

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  50. 50
    まとめ

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  51. 51
    まとめ
    • Raspberry Piは、原始的な楽しさにあふれている
    • そこにモノがあり、さわることでインターネットとモノ
    がつながっていることのよろこび
    • いまならすぐに始められる
    • 迷ってる⼈はいますぐポチりましょう
    • めちゃくちゃ情報が豊富。Youtubeもかなりある
    • ユースケースはめちゃくちゃある
    • 今⽇の紹介ユースケースを刺激にしてもらえれば︕

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  52. 52
    皆さんのよりよい
    Raspberry Pi ライフを
    応援しています︕

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