Raspberry PiによるIoTの作り方 ～ センサーのつなげ方から、クラウド連携まで一気に解説 /how-to-make-IoT-with-raspberrypi

2021年4月26日（月）SORACOM Device Meetup #3〜初心者からベテランまで役立つラズパイ活用〜で、ソラコムの松下がご紹介した資料です。

「Raspberry PiによるIoTの作り方 ～ センサーのつなげ方から、クラウド連携まで一気に解説」
https://soracom.connpass.com/event/209720/

Transcript

1. Raspberry Pi による IoT の作り方 センサーのつなげ方から、クラウド連携まで一気に解説 SORACOM Device Meetup #3 Apr. 26, 2021 株式会社ソラコム テクノロジー・エバンジェリスト 松下 享平 “Max” / @ma2shita
2. 自己紹介 株式会社ソラコム / テクノロジー・エバンジェリスト 松下 享平 (まつした こうへい) “Max” 静岡県民 🗻 新幹線通勤族 🚅 最近はテレワーク 講演や執筆を中心に活動、登壇回数400以上/累計 経歴: 東証二部ハードウェア・メーカーで情シス部門 EC 事業責任者、IoT 事業開発を経て現職 AWS IoT Hero (2020年授賞)
3. IoT や SORACOM の情報収集や イベントの振り返りにご活用ください！
4. Raspberry Pi ➢ パソコン並みの基本性能を持ちつつ、センサー接続が 可能なインターフェイス(GPIO / カメラ)を持つ SBC (Single Board Computer) ➢ センサーは OS(Linux) から容易に制御できる ➢ 最新版は Raspberry Pi 4 Raspberry PI 4 model B
5. クラウド ネットワーク センサー/デバイス “モノ” 「IoT」とは？ モノやコトをデジタル化 現場のデジタル化 現場とクラウドを つなげる データの活用
6. IoT における Raspberry Pi の位置づけ クラウド ネットワーク センサー/デバイス “モノ” センサー 通信 制御 センサーと通信の間に入り それぞれを制御
7. IoT における Raspberry Pi の位置づけ センサー 通信 Raspberry Pi GPIO BLE CSI USB Wi-Fi LTE/5G LPWA
8. センサーの接続は？ ハンダ付けが不要に Grove Pi シリーズ ✓ Raspberry Pi の GPIO ピンヘッダに装着、 GPIO ピンが Grove コネクタに ✓ A/D コンバータ搭載 Grove Pi+ Grove Pi0 電動フォーカス搭載カメラ Arducam “B0176” ✓ CSI インターフェイス ✓ I2C から1024段階のフォーカス制御 https://qiita.com/ma2shita/items/c180f818a675741bf660 https://qiita.com/ma2shita/items/41928e50c47810f7496e GPIO CSI
9. IoT における Raspberry Pi の位置づけ センサー 通信 Raspberry Pi GPIO BLE CSI USB Wi-Fi LTE/5G LPWA
10. IoT を取り巻く通信技術の進化 Wi-Fi PAN BLE, ZigBee, Wi-SUN LPWA LoRaWAN, Sigfox Cat. M1, NB-IoT 通信距離 10m 30m 1km 10km 消費電流 100mA 20mA 通信速度 100bps 1kbps 1Mbps 10Mbps 450Mbps NFC RFID 5G セルラー 3G, LTE(4G) 手軽に使える 通信環境の制約 直接つながる 人向け通信の流用
11. クラウド ネットワーク センサー/デバイス “モノ” デジタル化の課題「ネットワーク」 セキュリティ 対策や更新? クラウドとの 連携？ ネットワークの 設定？ 通信機能の 開発？
12. SORACOM のコネクティビティ ― あらゆる現場をつなげる IoT 向けデータ通信 IoT 向けデータ通信 SORACOM Air セルラー LPWA GSM / 3G / LTE / 5G LTE-M Sigfox どこでもつながる 無線通信 セキュリティや 付加機能 IoT ビジネス向けの 料金体系 NEW
13. セルラー通信を実現する USB ドングル型モデム 3G 対応データ通信端末 AK-020 plan-D 5,478円 LTE 対応 USB ドングル型モデム SORACOM Onyx plan-D / plan-DU / plan-K / plan01s / plan01s-LDV / planX1 / planP1 11,968円 (1,100円分 SORACOM クーポン込)
14. クラウド ネットワーク SORACOM は IoT の「つなぐ」を簡単に センサー/デバイス “モノ” 閉域接続 回線管理 ダッシュボード クラウド連携 遠隔アクセス デバイス管理
15. 取り付けからセットアップ Raspberry Pi OS ➢ setup_air.sh のダウンロードと実行 ➢ pppX で認識 Ubuntu (Jetson 等) ➢ NetworkManager CLI (nmcli) での設定 ➢ “gsm” で認識 / ルーティングテーブル上は pppX Windows ➢ ドライバソフトウェアのダウンロードとインストール ➢ “携帯ネットワーク” で認識 / いわゆるモデム
16. Raspberry Pi と「組み合わせて」IoT センサー 通信 Raspberry Pi Grove Pi+ SORACOM Onyx
17. クラウド連携方法は？ クラウド ネットワーク センサー/デバイス “モノ” センサー 通信 制御 ？
18. クラウド連携の開発内容と実装方針 SDK 利用 • 実装が容易 • セットアップ量が多い、 継続的なアップデート HTTP REST • シンプルに開始可能 • 実装量が多め クラウド連携の開発内容 プロトコル選択、エンドポイント、認証、 フォーマッティング、エラー処理
19. SORACOM Harvest Data ― データ収集・蓄積サービス SORACOM Harvest Data SORACOM Harvest Data 上に データが蓄積 デバイスは uni.soracom.io へ HTTP 送信する実装でOK • SORACOM Web コンソールで可視化 • APIで蓄積済みデータの取得 システムをセットアップすることなくデータ収集・蓄積を実現
20. クラウドも「作らない、利用する」 ― SORACOM のクラウドサービス クラウドアダプタ SORACOM Funnel クラウドファンクション SORACOM Funk データ転送支援 SORACOM Beam データ収集・蓄積 SORACOM Harvest ダッシュボード作成・共有 SORACOM Lagoon 蓄える 使う 連携する 蓄える 使う
21. Raspberry Pi による IoT の作り方 クラウド ネットワーク センサー/デバイス “モノ” センサー 通信 制御
22. Raspberry Pi Imager 1.6 ✓ CTRL + SHIFT + X で OS 初回起動時の設定 ✓ rpi-imager stats
23. Raspberry Pi Imager 1.6 ― OS 初回起動時の設定 設定表示: CTRL + SHIFT + X https://www.raspberrypi.org/blog/raspberry-pi-imager-update-to-v1-6/ 1. オーバースキャン設定 2. ホスト名設定 3. SSH 設定 ➢ pi ユーザーのパスワード変更、公開鍵認証設定 4. Wi-Fi 設定 ➢ SSID/パスフレーズ指定、利用国設定 5. ロケール設定 ➢ タイムゾーン、キーボード 6. 書き込み終了時のお知らせ音、〃自動イジェクト、集計設定
24. Raspberry Pi Imager 1.6 ― OS 初回起動時の設定 / 実装 rpi-imager は2つを実施 ➢ /boot/firstrun.sh の生成 ➢ /boot/cmdline.txt へ /boot/firstrun.sh の実行を指定 firstrun.sh の内容 ➢ 設定に沿ったシェルスクリプト ➢ 最後に自分自身の消去 初期設定の自動化等、応用できそうです。 ssh や wpa_supplicant.conf の /boot 配置とは異なる方法で実装 されています。 /boot 配置の実装については https://qiita.com/ma2shita/items/a4564572ea4095fad8b9
25. Raspberry Pi Imager 1.6 ― 設定の保存先 (to Always use → Save) ◆ Windows: (レジストリ) コンピューター¥HKEY_CURRENT_USER¥SOFTWARE¥Raspberry Pi¥Imager ◆ macOS: (ファイル / Apple binary property list) ~/Library/Preferences/org.raspberrypi.Imager.plist ◆ Linux: (ファイル / INI) ~/.config/Raspberry Pi/Imager.conf Qt5 の QSettings を利用した実装 削除すれば初期化できます。
26. Raspberry Pi Imager 1.6 ― rpi-imager Stats rpi-imager を通じた「人気度」 ➢ 1.6 から計測開始 • 日次、週次、月次 ➢ テレメトリを送らない設定も 可能 (標準は送信される) ➢ 実装は downloadstatstelemetry.cpp https://rpi-imager-stats.raspberrypi.org/ # 4/25 時点のDailyリスト
27. ラズパイコンテスト 募集期間：2021年4月19日（月）〜5月31日（月） 結果発表：6月下旬、ソラコム公式ブログで発表 募集対象：企業、個人、グループ問わずどなたでもご参加いただけます 応募条件：Raspberry Pi と SORACOM を使いテーマに沿ったIoTの仕組みを作成し、条件を満たしたブログ記事を書くこと https://lp.soracom.jp/202104-soracom-raspberry-pi-contest IoT で業務改善 ライフハックを始めよう！ ソラコム賞 Fitbit Charge4™️ GPS搭載 フィットネストラッカー：1名 メカトラックス賞 ラズベリーパイ用電源管理/死活 監視モジュール「slee-Pi3」:1名 その他、ケイエスワイ賞、 日本ラズベリーパイユーザーズグループ賞の他、 参加賞もご用意！ Raspberry Piと、SORACOM IoT SIM やSORACOM サービスを利用した「普段の生活を 豊かにした」「業務の改善を実現した」IoT 作品を 応募してみませんか？ 主催：株式会社ソラコム スポンサー：メカトラックス株式会社、株式会社ケイエスワイ / 特別協力：日本ラズベリーパイユーザーズグループ メディアスポンサー：Qiita、fabcross
28. IoT への第一歩をサポート 始めよう！ SORACOM キャンペーン https://hello.soracom.jp/202104-ac-campaign
29. 世界中のヒトとモノをつなげ 共鳴する社会へ