スクラッチくらぶ中級編ーRaspberry-Pi

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プログラミング言語の、Scratch(スクラッチ)やPython(パイソン)と、 Raspberry Pi(ラズベリーパイ)の教育用マイコンボードを組み合わせることで、ロボットやIoT機器を制御することが出来ます。

Raspberry Pi(ラズベリーパイ)は、イギリスのラズベリーパイ財団で開発された教育用のマイコンボードです。

※ Raspberry Pi は ラズベリーパイ財団 の登録商標です。

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■ Raspberry Pi 4 Model B の構成

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★(参考)Raspberry Pi 4の組み立て方は、 https://www.newlife-lab.jp/ に動画がありますので参考にして下さい。★

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■ Raspberry Pi 4 へのOS「Raspbian」のインストール手順について

①. Raspberry Pi 4の 「LAN」コネクタとインターネット用モデムの「LAN」コネクタ間をLANケーブルで繋ぎます。

②.Raspberry Pi 4では MicroSDカードが主役です。使用するMicroSDカードは、32GB(FAT32でフォーマット)のカードを使用して下さい。※初心者の方は64GBや128GBは絶対に使用しない方が良いです。フォーマット専用ソフトはPCにて、「SDメモリカードフォーマッター(SDCardFormmaterv5_WinJP)」をダウンロードして使用して下さい。

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(注釈)操作に手慣れている方は、次の操作で MicroSDカードの64GBや128GBの媒体を、「FAT32」でフォーマットして下さい。

MicroSDカードの64GBや128GBの媒体を、「FAT32」でフォーマットしたい場合は、ブラウザで、「scandisk sd 128gb fat32 フォーマット」で検索すると、下図のような結果が表示されます。

「Raspberry Pi向けに64GB以上のmicroSDをFAT32にフォーマット」 が見つかると思いますので、これをクリックすると、次のような画面が表示されます。

Raspberryのブートローダは、「FAT32」ファイルシステムのみサポートしているので、「exFAT」を「FAT32」でフォーマットする必要があります。

ホームページURLは https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/sdxc_formatting.md です。これをクリックします。

次のような画面が表示されます。

「こちら」からツールをダウンロードして「ください」の、「こちら」をクリックすると、次のような画面が表示されます。

「-Windows用のRaspberry Pi Imager」をクリックし、Raspberry Pi Imager をダウンロードしてください。インストール後に、Raspberry Pi Imager アプリケーションを実行します。

「Raspberry Pi Imager 」 アプリケーションを実すると、次のような画面が表示されます。

「Operating System」の「CHOOSE OS」をクリックすると、次のような画面が表示されます。

「Erase」(Format card as FAT32)をクリックすると、次のような画面が表示されます。

「SD Card」の「CHOOSE SD CARD」をクリックすると、次のような画面が表示されます。

「SDXC Card-127.9 GB」をクリックすると、次のような画面が表示されます。

「WRITE」をクリックすると、次のような画面が表示されます。

以上で、MicroSDカード SDXC 128GB Card の「FAT32」のフォーマットが完了しました。

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③.この③は不要かと思いますが、Raspberry Pi 4には、EEPROMがあって、OSを読み込む為の「ブートローダー」が格納されています。急な電源断や相性の悪いSDカードの使用で、EEPROMの内容が破壊されてブートローダが読み込めなくなり、Raspberry Pi 4の緑色LEDが点滅しないことがあります。

この場合はEEPROMを再プログラムする必要があります。PCにて「ブートローダー」をダウンロード→ https://www.raspberrypi.org/downloads/ し、解凍した内容を、空のFAT32形式のMicroSDカードに格納して、Raspberry Pi 4に差し込み、電源をONにすると緑色LEDと赤色LEDが点滅し、EEPROMに 「ブートローダー」が上書きされるのを待ちます。

④.次に、OSインストールツールの「NOOBS」を、PCにてダウンロード→ https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs/ します。「NOOBS」には「NOOBS」と「NOOBS Lite」があります。ダウンロードに時間がかかりますが、「NOOBS」の方をダウンロードして下さい。

⑤.「NOOBS」を解凍した内容を、空のFAT32形式のMicroSDカードに格納して、Raspberry Pi 4に差し込み、電源をONにすると緑色LEDと赤色LEDが点滅し、「 NOOBS 」が読み込まれます。

⑥. 「 NOOBS 」の読み込みが完了すると、下図(左図)の画面が表示されます。画面下部の「言語」を「日本語」に、「キーボード」を「JP」にして、「Raspbian Full」を指定して、「インストール」をクリックします。

⑦.インストールが完了すると、下図のようなデスクトップ画面が表示されます。

⑧.デスクトップ画面上をマウスで右クリックすると下図のような画面が表示されます。

ここで、デスクトップ画面の設定変更が出来ます。

⑨.「Desktop」画面で、「Picture」(背景画像)を変更したいときは、背景画像を変更して、「OK」をクリックします。

⑩.「Menu Bar」画面で、「Position」(メニューバーの位置)を変更したいときは、メニューバーの位置を変更して、「OK」をクリックします。

⑪.下図の画面に変わります。

⑫. 「Raspbian Full」のインストールが完了した後は、 再起動した後にGUI環境をアップデートする為に、「設定」→「Raspberry Piの設定」画面から、

⑬.「システム」で「ホスト名」を設定し、「OK」をクリックします。(ホスト名の例:raspberrypi)

⑭.「インターフェイス」で 「SSH」を「有効」に設定し、「OK」をクリックします。Raspberry Pi 4でSSHサーバが起動します。

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■ Raspberry Pi 4 で音声が出ないときの操作手順

「Raspbian」 をインストールした後は、Raspberry Pi 4 の音声出力は、HDMIケーブルからの出力と、本体の音声ラインからの出力(ステレオ・ミニ・ジャック)の2系統があります。

デフォルトはどちらか自動判別されて再生されるようになっています。強制的に変更することが可能です。サウンドの出力先の変更は、LXTerminal のコマンドで行えます。

LXTerminal を立ち上げます。

■本体のライン(ステレオ・ミニ・ジャック)へ出力

$ sudo amixer cset numid=3 1 [Enter]

■自動判別で出力

$ sudo amixer cset numid=3 0 [Enter]

■HDMI端子へ出力

$ sudo amixer cset numid=3 2 [Enter]

※一度実行すれば、再起動(Shutdown → Reboot)後もその設定が有効となります。

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■ Raspberry Pi 4 で Wi-Fi 接続するための操作手順

「Raspbian」 をインストールした後、Raspberry Pi 4 と 無線LANで Wi-Fi 接続します。

LXTerminal を立ち上げます。

$ sudo iwlist wlan0 scan | grep ESSID [Enter]

上記のコマンドで、Raspberry Pi 4 の近くで飛び交っている Wi-Fi のSSID が表示されます。次に、下記のコマンドを入力します。

$ sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf [Enter]

wpa_supplicant.conf ファイルに、下記内容を書き込みます。

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=JP
network={
ssid="1AB23456789C_D" ・・・・ 正しいssid値を"で囲む
psk="abc1defgh2i3j" ・・・・ 正しいkey(password)値を"で囲む
}

CTRL+Oキーを押す。  
# 意味はCTRLキーを押しながらOキーを押すことで、書き出し(保存)
CTRL+Xキーを押す。  
# 意味はCTRLキーを押しながらXキーを押すことで、終了

正しく書き込みが終わったら、LXTerminal で Raspberry Pi を「reboot」します。

$ sudo reboot [Enter]

Raspberry Pi が「再起動」した後は、例えば、Wi-Fi 接続でインターネットに繋がります。

おまけです。Wi-Fi の起動 / 停止は下記コマンドで行えます。

Wi-Fi の起動コマンドは、

$ sudo ifup wlan0 [Enter]

Wi-Fi の停止コマンドは、

$ sudo ifdown wlan0 [Enter]

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■ Raspberry Pi 4 に公式LCDタッチディスプレイを接続する手順

Raspberry Pi に公式の7インチLCDタッチディスプレイを接続することが出来ます。

デフォルトは画面表示は通常上下正しく表示されますが、機器の取り付けの関係で上下180度反転して表示させたいときがあります。この様なときは、LXTerminal のコマンドで簡単に変更することが出来ます。

LXTerminal を立ち上げます。

$ sudo nano /boot/config.txt [Enter]

最終行に次のようにキー入力する。
lcd_rotate=2

CTRL+Oキーを押す。  
# 意味はCTRLキーを押しながらOキーを押すことで、書き出し(保存)
CTRL+Xキーを押す。  
# 意味はCTRLキーを押しながらXキーを押すことで、終了

LXTerminal で Raspberry Pi を「reboot」します。

$ sudo reboot [Enter]

Raspberry Pi が「再起動」した後、ディスプレイ画面が180度回転して表示されます。

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■ Raspberry Pi 4 を通常使う場合の操作手順について

①. Raspberry Pi 4の 「LAN」コネクタとインターネット用モデムの「LAN」コネクタ間をLANケーブルで繋ぎます。

②. GUI環境をアップデートしたOS「 Raspbian 」の入ったMicroSDカードを、Raspberry Pi 4に差し込み、電源をONにすると緑色LEDと赤色LEDが点滅し、 OS「 Raspbian 」 が読み込まれます。

OS「 Raspbian 」 の読み込みが完了すると、下図のようなデスクトップ画面が表示されます。

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■ Raspberry Pi 4 と Scratch(スクラッチ)や Python(パイソン)でプログラミングが出来ます

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■ Scratch 3 Desktop を使う場合

「プログラミング」の中の「Scratch 3 Desktop」を起動します。

ステージの画面の大きさは、横座標は(-250~0~+250ピクセル)、縦座標は(-180~0~+180ピクセル)です。

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■ Scratch 3 Desktop で公式カメラモジュールを組み込む

「Raspberry Pi の設定」の「インターフェイス」で「カメラ」を「有効」に設定する。

「プログラミング」の中の「Scratch 3 Desktop」を起動します。

次に、「Scratch 3 Desktop」 の拡張機能の「ビデオモーションセンサー」を利用します。

「Scratch 3 Desktop」で、「ビデオモーションセンサー」のブロックを組み込むと、「背景」にカメラ映像がリアルタイムに表示されます。

ステージの画面の大きさは、横座標は(-250~0~+250ピクセル)、縦座標は(-180~0~+180ピクセル)です。

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■ Scratch 3 Desktop プログラミングの拡張機能

※Scratch 3 Desktop では、Raspberry Pi 4 の Scratchプログラミング(拡張機能を含む)が出来ます。 頑張って下さい!

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■「Mu Python」や「Python 3」 を使う

Raspberry Pi で電子パーツを制御するには、「pigpio」というライブラリを利用します。「pigpio」を使うには、あらかじめ常駐プログラムの「pigpio」を動作させておく必要があります。

LXTerminal を立ち上げます。

$ sudo systemctl enable pigpiod [Enter]

$ sudo systemctl start pigpiod [Enter]

※プログラムがうまく動作しなかった場合は、「pigpio」に問題が生じている恐れがあります。この場合は次のように実行して「pigpio」を再起動します。

$ sudo systemctl restart pigpiod [Enter]

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※PythonのRPi.GPIOパッケージをインストールする方法

RPi.GPIOパッケージはRaspberry Pi のGPIOを操作するときに使います。pipやapt-getからインストールできます。

pipの場合

$ sudo pip install rpi.gpio [Enter]

apt-getの場合

$ sudo apt-get install python-rpi.gpio [Enter]

(注意)RPi.GPIOのGPIO.BOARDとGPIO.BCMの取り扱い

RPi.GPIOのサンプルプログラムを見ているとGPIOのピン番号を指定する方法が2種類あります。

  • GPIO.BOARD: PIN番号
  • GPIO.BCM: GPIO番号

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※工作用のPythonライブラリ比較

ライブラリ名 RPi.GPIO pigpio
標準搭載
常駐アプリ 不要 必要
デジタル入出力
ソフトウェアPWM
ハードウェアPWM ×
I2C ×
SPI ×
UART ×
リモートGPIO ×

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「プログラミング」の中の「mu」を起動します。

「Mode」をクリックすると、下図の画面が表示されます。「Python 3」を起動します。

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■「Thonny Python IDE」 を使う

「プログラミング」の中の「Thonny Python IDE」を起動します。

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■ Linux で定番の画面キャプチャーソフトをインストールする

定番の画面キャプチャーソフト「spectacle」をインストールします。

「設定」の中の「Add/RemoveSoftware」を起動します。

「spectacle」をインストールするために、「Options」の下の検索エリアに、「spectacle」と入力して、[enter]キーをクリックします。右側画面に、「Screenshot capture utility,replaces KSnapshot」がありますので、「チェック」を入れます。

画面右下の「Apply」をクリックして、インストールが開始します。

インストール後に、「アクセサリ」の中に「Spectacle」が追加されました。画面キャプチャーソフトの「Spectacle」をクリックします。

「Spectacle」が起動されるので、後は色々設定をして、「Take a New Screenshot」をクリックし、最後に名前を付けてから、「名前を付けて保存(A)」をクリックして画像ファイルを指定した場所に保存します。

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■ Raspberry Pi 4 でインターネット ウェブ・ブラウザが使えます

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