Raspberry Piを温湿度センサーに

§初めに

教育用コンピュータとして開発・販売されたRaspberry Piを用いて、温湿度センサーを作成してみましょう。 ここでの目標は、温湿度データを収集し、そのデータを監視サーバで可視化、設定した温度域から外れたら警告メールを送信させること。 さらに、自動でデータを収集・処理し、1日の平均気温を算出・メール送信させることです。 農家の方であれば、取得した平均気温を用いて簡単に積算温度を計算できるので利用できるかもしれません。 （そのつもりで作成したのですが、ハウスに電源を引かなくてはいけないため評価されませんでした。延長コード引けばいいじゃん・・・。） なお、

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すべて自己責任でお願いいたします。

§用意するもの

Raspberry Piを動かすうえで最低限必要となる物を紹介します。 なお、これは 2016/3 現在における紹介。

  1. パソコン
  2. ネット環境（Wi-Fi推奨）
  3. Raspberry Pi2 Model B
  4. microSDHCカード 32GB
  5. 無線LAN子機（USBアダプター型）
  6. USB充電器（2A以上推奨）
  7. USBケーブル（マイクロタイプ）
  8. LANケーブル（CAT6準拠）

ここまでがRaspberry Piに最低限必要なものです。（参考文献[1]） Raspberry Pi用のキーボードやモニタやマウス等を用意できる場合は、パソコンは必要ありません。 ネット環境にWi-Fiを挙げたのは、Raspberry Piからでるコードを少しでも減らすためです。 このサイトの通りにやれば、電源コードとブレッドボードへつなぐジャンパーワイヤ3本のみになります。 無線での通信になるのに、なぜLANケーブルが必要か？それは、Wi-Fiにつなぐために必要となります。 これがいらないなら、そもそも無線LAN子機もいらないということになってしまいます・・・。

さて、今度は温湿度を取得するための部品の紹介です。

  1. 高精度温湿度センサー（AM2302/DHT22）1つ
  2. ブレッドボード 1つ
  3. ジャンパーワイヤ（ブレッドボード接続用）3本
  4. ジャンパーワイヤ（オス-メス）3本
  5. コンデンサー（フィルム推奨、0.1uF）1つ
  6. 抵抗（5.1kΩ）1つ

購入するものは以上になります。（参考文献[2]） 私が購入したときは、すべて込みで、ざっと15,000円くらいだったでしょうか？ Raspberry PiはPCですので、そう考えたらすごく安いと思います。

§OSをインストールしよう

このセクションは、参考文献[3]に詳しく記載してあります。

STEP.1 SDカードのフォーマット

まずはmicroSDHCカードのフォーマットを行います。 フォーマットとは初期化のことで、SDカードを使えるようにするおまじないのようなものでしょう。 SDカードが新品ではない場合、その前に入っていたデータは消えてしまうので、あらかじめデータのバックアップを取るなどの対策をしてください。 フォーマットは、例えば、SDFormatterを使用すると楽なようです。 ソフトはSDFormatterのダウンロードページでダウンロードできます。

STEP.2 OSをダウンロード

次にパソコンでRaspberry Piの公式ホームページにアクセスしましょう。 OSはNOOBSとRASPBIANがあるようですが、RASPBIANを選択します。 するとRASPBIAN JESSIEとRASPBIAN JESSIE LITEの二つが表示されます。RASPBIAN JESSIEの方をクリックしダウンロードしましょう。 結構時間がかかります。

STEP.3 SDカードにOSを書き込む

RASPBIAN JESSIEというOSのダウンロードが終わったら、SDカードに書き込みます。 そう！私も初めは驚いたのですが、なんとRaspberry PiはハードディスクにSDカードを用いるのです。 ダウンロードしたファイルがZIPファイルの場合は、もちろん解凍してくださいね。 書き込みはWin32DiskImagerを使うと簡単なようですが、

この作業は慎重に行ってください。誤ってパソコンにRASPBIAN JESSIEの書き込みをするとパソコンが動かなくなってしまいます。

ソフトは、Win32 Disk Imagerのダウンロードページでダウンロードできす。

OSのインストールは以上で終了になります。 書き込みが終了したSDカードを、Raspberry Piに差し込んでおきましょう。

§パソコンとRaspberry Piをリモート接続

ここではRaspberry Piを操作できるように、パソコンとSSH接続します。

STEP.1 Tera Termのインストール

Raspberry Piのモニタ等がない場合、パソコンからRaspberry Piにリモート（SSH）接続しなければいけません。 この接続が完了すれば、パソコンのモニターやキーボード、マウスがRaspberry Piのモニターやキーボード、マウスの代わりになります。 Raspberry Piのモニター等を用意するのは、高額になる可能性がありますから、パソコンを使ってリモート接続するわけです。 リモート接続するために、Tera Termというソフトを使いましょう。 ソフトはTera Termのダウンロードページでダウンロードできます。

STEP.2 Raspberry PiのIPアドレスを調べる

Tera Termのインストールが終了したら、Raspberry PiとルータをLANケーブルでつないでおきましょう。 USBケーブル（マイクロタイプ）とUSB充電器をつなげ、Raspberry Piに接続して電源を入れます。 電源の入れ方はコンセントに接続するだけです。 Tera Termを立ち上げると、「ホスト(T):」というセレクトボタンがあると思いますが、そこにはRaspberry PiのIPアドレスを入れなければいけません。 私はRaspberry PiのIPアドレスを調べるために、x-Finderというソフトを使用しました。 このソフトはx-Finderのダウンロードページでダウンロードできます。 x-Finderの利用方法については、参考文献[4]で紹介されています。

STEP.3 SSH接続する

IPアドレスがわかったら、それをTera Termの「ホスト(T):」の欄に記述し、「OK」ボタンをクリックしましょう。 セキュリティ警告という窓がでますが、そのまま「続行」をクリックしてください。 SSH認証という窓の「ユーザ名(N):」にはpiを「パスフレーズ(P):」にはraspberryを入力して、「OK」ボタンをクリックします。 SSH認証という窓が消えて、なにやら怪しげな英語が出てくれば、SSH接続成功です。 SSH接続を遮断したいときは、exitを入力してEnterキーを押すだけです。

以上でパソコンとRaspberry Piのリモート接続はできるようになりました。

§初期設定やセキュリティ設定

Raspberry Piにリモート接続してください。

STEP.1 初期設定

まず初期設定をしましょう。 Tera Termで、以下のように入力してください。

pi@raspberrypi:~ $ sudo raspi-config

画面が表示されますが、初めに「Expand Filesystem」を選択しましょう。 これを行わないと、SDカードの使用可能領域が少なすぎて、後のOS・ファームウェアのアップデートで失敗してしまいます。 次に「Boot Options」を選択します。 これについては私もよくわからないのですが、「Console」（たしか）を選択しないと後々何かでうまくいかなかったように思います。 最後に「Internationalisation Options」を選択して、言語とタイムゾーンを設定します。 「Change Locale」を選択し、

  • en_GB.UTF-8 UTF-8
  • ja_JP.EUC-JP EUC-JP
  • ja_JP.UTF-8 UTF-8

の箇所でスペースキーを押して「*」を付けてください。すべて付けたらEnterキーを押すか「<Ok>」を選択します。 その後は「ja_JP.UTF-8 UTF-8」でも選択しておけばよいでしょう。 「Change Timezone」では「Asis」の「Tokyo」を選択してください。 Japanの選択肢はないので注意してください。 すべて終わったらRaspberry Piの再起動をかけましょう。 「Reboot」という選択肢が出たら選択してください。 もし表示されなければ、

pi@raspberrypi:~ $ sudo reboot

を入力してください。 再起動されます。 以上で、初期設定は終了になります。

STEP.2 OSのアップデート

以下、別のセクションでも（プログラムのソースファイル以外）、空行は動作終了まで待機を意味します。 また//の行はコメントかつ動作終了まで待機を意味します。 それでは、OS・ファームウェアのアップデートをしましょう。

pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get update
        
pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get upgrade

Do you want to continue [Y/n]? y
// yで続行します。ここまでがOSのアップデート。
pi@raspberrypi:~ $ sudo rpi-update
// ここまでがファームウェアのアップデート。
pi@raspberrypi:~ $ sudo reboot
// 再起動中。

再起動後、OSのアップデート終了です。

STEP.3 セキュリティ設定

この後は、参考文献[5]の2節以降に記載してあることを実行してください。 書かれたことをすべて行うことを薦めます。 この操作を行っておかないと、出荷時のユーザ名・パスワードでログインできるため、非常に危険です。 なお、[5]の3節から、vimコマンド（viでもvimコマンドになる）でファイルの作成・編集があります。 その際、iキーで入力モードに、Escキーで初めのモードに変わります。 Escキーを押したモードの状態で「:wq」を記述し、Enterキーを押すとファイルを保存できます。 また3節の最後にrootへスイッチしますが、スイッチコマンド；

pi@raspberrypi:~ $ su

の前に、root権限のパスワードを設定しておきましょう。コマンドは以下の通りです。

pi@raspberrypi:~ $ sudo passwd root

その後は、[5]に従ってください。すべてうまく行ったら、セキュリティ設定終了です。

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参考文献/URL

  1. ものづくりエクスペリメント
  2. blacknikka
  3. Open MOOC lms
  4. OpenRTM-aist（xfinderの利用方法）
  5. WINGS TO FLY（屋根裏Linux）
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