Piperで遊んでみた

Index

• 概要
  • 袋入り部品確認
  • その他付属部品
  • 木製ケース
• 動かしてみる
  • バッテリー充電
  • 電源接続
  • 起動
  • Wifi設定
  • ストーリーモード
• Piperの再利用
  • Raspbianのインストール
  • ネットワーク接続
  • キーボードの接続
  • 電源
  • ローカライズ
  • 日本語入力
  • サウンド出力
• ScratchGPIO
  • ScratchGPIO7のインストール
  • ScratchGPIO7の入出力設定コマンド
  • ScratchGPIO7は変数で設定も可能
  • 入力設定のピン状態確認
  • トリガによる動作
  • ScratchGPIO7のPWM出力
  • ScratchGPIO7のLED点滅
• デフォルトScratchのGPIO
  • GPIO入出力設定コマンド
  • GPIOを変数で設定
  • デフォルトScratchのPWM出力
  • デフォルトScratchでのLED点滅
• おまけ
  • RaspberryPiのGPIOピン配置
  • RaspberryPi3でScratch2.0を動かす（161229追記）
• まとめ
  • 参考
  • 書籍

概要

• RaspberryPiとMinecraftで電子工作の基本を学べるというPiperがちょっと面白そう
• ということで、Piperで遊んでみた。
• 遊び終わったら、今度はRaspberryPiとして遊んでみようという感じ

• →どんなもんなのか、ついつい買ってしまった

• レーザー加工された箱を自分で組み立てるようになっている。
• これはプラモデル感覚で、子供に電子工作に興味を持ってもらうには、うまい方法だと思う。

袋入り部品確認

• 最初に部品を確認する

• 袋入り部品一覧

• Wifiドングルが入っていなくて、ちょっと焦った。
• でも調べてみると、RaspberryPi3になってWifi内蔵になったので、付属しなくなったらしい。

その他付属部品

• それ以外に、配線用のケーブルやRaspberryPiをPCとして使うための部品が付属している。

• その他の部品一覧

• ミニブレッドボードとか、スピーカーは最初入っていないと思ったけど、
• ブレッドボードの下のスポンジの下に隠されていた。。

木製ケース

• レーザー加工による木製ケースは、説明書通りに組み合わせて、ちょっとネジ止めするだけで完成する

• でもレーザー加工の部品って初めて組み立てたけど、こんな精度が良いものなのか。
• 特に手を入れなくても、ピッタリ嵌るのは気持ちが良い。

• レーザー加工機欲しくなるなぁ¹。

動かしてみる

バッテリー充電

• まずモバイルバッテリーと、スピーカーを充電しておく

• モバイルバッテリーは、緑LEDが4個付いていて、充電が進むにつれて以下のように点灯状態が変わる
• １個目点灯、２個目点滅²
• １，２個目点灯、３個目点滅
• １，２，３個目点灯、４個目点滅
• 全LEDが点灯（点滅なし） →充電完了
  

• バッテリー充電中は、USB電源出力はOFF状態になるようだ。

電源接続

• 最初にスピーカーを接続して、電源をONにしておく。
• 次に、バッテリーにディスプレイ用電源ケーブルを接続
• 最後に、RaspberryPiの電源ケーブルを接続する

• RaspberryPi起動時に、HDMIが接続されていないとディスプレイが認識されないようなので、
• 必ず上記のようにディスプレイから電源を入れるか、或いは同時に電源を入れるようにする

起動

• 電源を入れると、RaspberryPiのOSの Raspbianが起動する

• しばらくするとデモムービーが流れて、Piperのシステムが起動する

Wifi設定

• 初回、起動時はまずWifiの設定を行う。

• Wifiのマークに×が付いているので、それをマウスでクリックして設定する
• Wifiルータの一覧が表示されるので、選択してパスワードを入力する

ストーリーモード

• ストーリーモードを開始すると、Piperpodが主人公の物語が始まる
• 最初は、マウスで方向を変えたり、ブロックを壊したり、置いたり出来るだけ。

• ミッションが英語で指示されるので、それをクリアしていくと物語が進んでいく。
• 英語なので、ちょっと意味が分からなくて悩んだりするけど、それもまた良いかも。

• 前進するにはどうするんだろうと思ったけど、
• まず工作台で、進むための回路を作っていくわけなのか。

• Minecraftの世界で配線方法を示して、こちらの世界で実際に配線する

• 解き方についてはネタばれになっちゃうので、ここでは書かないけど、パズル的な要素もあって、けっこう面白い。
• Minecraftの世界を利用して配線させるというのは、なかなかうまい方法だな〜

• Minecraftは流行ってるみたいなので、やったことある人なら、サクサク進められると思う。
• 何処に行ったら良いか分からなくなりそうだけど、
• 色がついたブロックを辿って行けば、ちゃんと目的地に着くようになっている。

Piperの再利用

• Piperは面白かったんだけど、ストーリーモードが終わってしまうと、
• MineCraftのクリエイティブモードぐらいしか使い道がないみたいだ。

• でも最新のPiperで使っているのは、BluetoothやWifiが基板上に載っている、高性能の RaspberryPi3！

• ちょっと勿体無いので、普通のRaspberryPi3として、再利用してみよう。
• でも、Piper持っていないなら、 RasberryPi3を普通に買った方が良いと思う。。

• これ以降は、PiperというよりRaspberryPi3の記事という感じ。

Raspbianのインストール

• DebianのRaspberry版である、 最新のRaspbian（Jessie）を ダウンロード
• 1.4Gあるので、 日本のミラーサイトの方から落とした方が速い。

• SDROMへの書き込みには、 Win32DiskImager を使う
• Win32DiskImagerを起動して、ダウンロードしたzipファイルを解凍したImageFileをSDROMに書き込む
• 自分は、16GBのマイクロSDを使った。

• 以前のRaspberryPiのマイクロSDは、押すと外れるタイプだったが、RasberryPi3は単純に引き抜くタイプに変わっている
• Piperのアクリルのケースを取らずに、ピンセット等で引き抜く方が楽だと思う。

• RaspberryPiのPiperのSDROMを抜いて³、
• Raspbianを書き込んだSDROMを差し直して、電源を供給する

• HDMIモニタの電源を先に入れてから、RaspberryPIの電源を入れるようにすること。
• これで、最新のRaspbianが起動する。

ネットワーク接続

• Wifiのメニューから、Wifiルータを選択して、パスワードを入れるだけ。
• これは、Piperの設定でやっているので、同様にやれば良い。

• もちろん、Ethernetケーブルで有線接続しても良いけど。。

キーボードの接続

• USB接続のキーボードがあれば、そのまま使えるはず。
• でも、自分は持ってないので、Bluetooth接続を試してみた。

• AppleのBluetooth接続のキーボードと、マウスがあったので、試しに接続してみた。
• Bluetoothのメニューから、Add Deviceを選んで、キーボードの電源を入れると、
  • リストに表示されるので、選択して Pairボタンを押すと、以下のDialogが出る

    Please enter code 'xxxxxx'
     on device 'デバイス名'
    

• xxxxxxの数値をキーボードでタイプして、Enterキーを押すと、
• Connected Successfully と表示されて、コネクトされた。

• Bluetoothマウスも同様に選択して、Pairボタンでコネクトするが、
• こちらは、codeを入力しなくてもOK！

• でも、キーボード入力に全然反応しない。
• たまに入力されるが、10文字ぐらい連続して入力されたりする。

• どうやらキーボードは、Bluetoothマウスと干渉してしまうようだ。
• 仕方ないので、マウスは元々のUSBマウスを使うことにした。

• あと折角なので、持ち運びを考えて、折りたたみ式のBluetoothキーボードを買ってみた。
• iBUFFALOの Bluetooth3.0対応 折りたたみキーボード

• これは充電式で、一度Connectしておけば、キーボードの電源を入れて、何かキーを押せば、
• キーボードの左上の青いLEDが一度点灯して、コネクトされるので、以降はキー入力可能になる

• このキーボードは、中間に繋ぎ目があるので、Bのキーが押し辛い。
• あと、数字キーの位置が微妙に右寄りなので、タッチタイピングの場合は、ちょっと慣れが必要かも。
  • それ以外は、小さい割りに、なかなか良いキーボードなんだけど。。

電源

• Piperのモバイルバッテリーは、もちろん使えるんだけど、充電するのが、ちょっとメンドクサイ。
• そんなわけで、代わりにiBUFFALOの USB急速充電器を使ってみた。

• 大きさ的に、ちょうど良い感じ。

• 電源スイッチは無いけど、コンセントに挿すと、ちゃんとRaspbianが起動する
• HDMIとRaspberryPiの電源供給順が心配だったんだけど、問題ないようだ。

• RaspberryPi3は、最大2.5Aぐらい喰うらしいので、十分な容量の電源が必要なので注意。
• とりあえず、これでモバイルバッテリーの充電を気にしなくて済むので、気楽に使えるようになった。

• 差込口は５個あるので、スピーカーの充電とか、それ以外にも電源として使える余裕がある
• 電子工作に使うなら、電源はなにかと使うので、差込口の多いものにしたほうが良いと思う

ローカライズ

• デフォルトでは、時刻がUTCになってるので、場所を日本に設定する
• 左上のラズベリーパイのメニューから、Preference→RaspberryPi Configurationを選択

• Localisationタブを選択、Set Localeボタンを押して、以下の設定
• Language → ja(Japanese)
• Countory → JP(Japan)
• Character Set→ UTF-8

• Would you like to reboot now? と聞いてくるので、Yesで再起動する
• これで、メニューが日本語表示になる。

• 日本語フォントは、初めからインストールされているようだ。

• JISキーボードの場合は、設定→キーボードとマウスで、キーボードのレイアウトの設定が必要だと思う。
• 自分が使っているのは、USキーボードなので、デフォルト設定のままでOKだった

日本語入力

• Terminalから、以下のように ibus-anthyのパッケージをインストール

$ sudo apt-get install ibus-anthy

• 続行すると、インストールに数分掛かるので、ちょっと待ちます。

• インストールが完了したら、左上のラズベリーメニューから、IBusの設定を選ぶ。
• 最初は、iBusが起動していないので、起動確認のDialogが表示されるので、起動する。

• キーボードショートカットの設定は、初期状態で、＜Super＞spaceになっている。
• Super,Hyper,Metaは、昔のLispマシンで使われたキーボードにあったキーらしい。
• Superは、WindowsキーやAppleキーで代用、Metaは、Altキーで代用出来るようだ

• でも、自分の場合、Winキーを押すとメニューが出てしまうので、
• やっぱり、＜Control＞spaceに設定した。

• Bluetoothのメニューの左側に、USと表示⁴されるようになった。
• このメニューから、日本語入力に変更することも出来る。
• もちろん、Ctrl-Spaceで、日本語入力への切替も出来るようになった。

• 日本語入力の設定は、 こちらを参考にしました。

サウンド出力

• PiperのHDMIモニターには音声出力できないので、イヤホンジャックにスピーカーを接続⁵する。
• Raspbianのデフォルトの音声出力は、HDMIになっているらしく音が出ないので、

• 音声出力設定を調べる

$ amixer controls
numid=3,iface=MIXER,name='PCM Playback Route'
numid=2,iface=MIXER,name='PCM Playback Switch'
numid=1,iface=MIXER,name='PCM Playback Volume'
numid=5,iface=PCM,name='IEC958 Playback Con Mask'
numid=4,iface=PCM,name='IEC958 Playback Default'

• 出力先の設定は numid=3、ボリュームは numid=1 になっている

• 出力先設定を調べる

$ amixer cget numid=3
numid=3,iface=MIXER,name='PCM Playback Route'
  ; type=INTEGER,access=rw------,values=1,min=0,max=2,step=0
  : values=0

• 音声出力先は、0：自動、1：アナログ出力、2：HDMI

• なので、自動になってるんだけど、何故か音が出ない⁶ので、以下のようにアナログ出力に設定する
• さらに、再起動しても大丈夫なように、設定を保存しておく

  $ amixer cset numid=3 1
  $ sodo alsactl store
  

• 試しに、ボリュームを80%に設定して、wavファイルを出力してみる

$ amixer set PCM 80%
$ aplay /usr/share/sounds/alsa/Side_Left.wav

• 音声出力設定は、 こちらを参考にしました。

ScratchGPIO

• Raspbian（Jessie）には、初めからScratchがインストールされているんだけど、
• GPIOを弄ることは出来ないらしいので、ScratchGPIOというのを使ってみよう。

• 161124追記
  
• ところが、Raspberry Piではじめる どきどきプログラミングを読んでみたら、
  • 初めからインストールされているScratchでもGPIOが使えるらしい。
• なので、改めて再確認中！だけど、確かに出来そうだ。。ScratchGPIO7の追加インストールは不必要だったらしい。。。
  • でも、ちょっとScratchの記述方法が違うみたいなので、 デフォルトScratchのGPIOを参照

• ということで、結局はScratchGPIO7のインストールはしなくても良いので、
• この章は読み飛ばしてもらっていいんだけど、仕様はいろいろ違っている⁷ようだ。

ScratchGPIO7のインストール

• scratchGPIOのサイトで確認すると、ScratchGPIO7が最新らしい

$ wget http://bit.ly/1wxrqdp -O isgh7.sh
$ sudo bash isgh7.sh

• 画面を右クリックして、デスクトップの設定で、
• デスクトップアイコンを表示するようにしておけば、
• デスクトップ上に、ScratchGPIO7とScratchGPIO7plusが表示される。

• ちなみに、Pi-Scratchという似たようなプロダクトもあるらしい。
• Pi-Scratchの使い方については、 こちらが詳しい
• 共存させるのがちょっと面倒くさそうなので、とりあえずScratchGPIOの方を使ってみる。

• ScratchGPIO7の仕様 →最初からインストールされているScratchと少し仕様が違う
• ScratchGPIO7の場合は、gpioを含むコマンド以外は、基本的にPIN番号で設定を行うようだ。

ScratchGPIO7の入出力設定コマンド

• broadcast（〜を送る）で、コマンドを送る

• *はPIN番号、gpioコマンドのみGPIO番号を指定
• %はPWM値、0〜100でDutyを指定、整数値でなくても良いみたいだが、そこまでの精度はなさそう
• config*input, config*inpullup, config*inputpullup は、いずれも無効だった
• config*out は無効、configで設定しなくても、pin*on,pin*offで出力値を設定すると、出力ピンになるらしい

• ScratchGPIO7の場合は、GPIOサーバは最初から起動している⁸。

ScratchGPIO7は変数で設定も可能

• 変数を作って、変数に設定値を入れるというやり方でも良い

• *はPIN番号、gpioのみGPIO番号を指定

入力設定のピン状態確認

• 入力端子の状態がどうなってるか気になったので確認。普通の方はここは気にせず飛ばしてください。
• Pin番号８の入力電圧を確認（broadcastは、制御の〜を送るを使う⁹）

  broadcast config8in             // プルアップ入力の設定
  
  broadcast config8pullnone       // ただの入力設定
  
  broadcast config8pulldown       // プルダウン入力の設定
  

• 内部pullup抵抗の推定

3.28-0.59=2.69
10k：PullUp抵抗＝0.59：2.69
PullUp抵抗＝10k*2.69/0.59＝45593＝45.6k

• 内部pulldown抵抗の推定

3.28-2.71=0.57
PullDown抵抗：10k＝2.71：0.57
PullDown抵抗＝10k*2.71/0.57＝47544＝47.5k

• 入力設定による端子状態については、ScratchGPIO7でもデフォルトのScratchでも、全く同じだと思う。

トリガによる動作

• triggerresetpin*を実行すると、そのピンの状態の変化待ちになる
• それからtriggerpin* を受け取ったとき の動作を記述することで、
• GPIOからの入力をトリガにしたプログラムを記述することが出来る

• トリガは一度しか送られてこないので、再度実行したいときは、
• triggerresetpin*を実行して、トリガの再設定をしなければならない。

ScratchGPIO7のPWM出力

• PWM出力は、パルス幅のDutyを変えて出力する
• PIN番号８で、出力波形を確認してみた

• Duty50%の出力

broadcast power8,50

• Duty20%の出力

broadcast power8,20

• PWMの周波数は約194Hzで、変更はpfreq変数を使うらしいが、設定方法¹⁰がわからない。

ScratchGPIO7のLED点滅

• まずは定番のLED点滅¹¹やってみよう
• PIN８と5V間に、抵抗を通してLEDを接続する¹²
• 抵抗は、1kΩ（カラーコード茶黒赤○）ぐらいで良いと思う。

• Scratchのプログラム

• 緑の旗マークを押すと、以下をずっと繰り返す
• PIN８をONにして、１秒待ち
• PIN８をOFFにして、１秒待ち

• LEDは向きがあるので、点灯しなかったら、逆向きに挿してみる
• LEDの長いほうの端子を、右側（+5Vから抵抗を通した方）に接続すればよい

デフォルトScratchのGPIO

• 最初から、Raspbian（Jessie）にインストールされているScratchでもGPIOが操作できるようだ。
• 自分は、ちょっと試して出来ないと思っていたが、それはGPIOサーバを起動していない所為だった。

• 最初にGPIOサーバを起動するのを忘れないようにすること！
• Scratchのファイルメニューから、GPIOサーバを起動させておく
• 念のため、プログラムの最初で、broadcastでgpioserveronを送って起動させるようにした方が良いと思う。

• なので、単純なGPIOの入出力だけ行う場合は、ScratchGPIO7のインストールは不要
• でも、ピン状態の変化によるプログラム起動は出来ないようなので、 ポーリング¹³でやる必要があると思う。

• ScratchGPIOの仕様 →これはScratchGPIO7と仕様が少し違っている
• デフォルトのScratchの場合は、基本的にGPIO番号で設定を行うようだ。

GPIO入出力設定コマンド

• broadcast（〜を送る）で、コマンドを送る

• 最初に、GPIOサーバを起動してから操作する必要がある（重要）
• *はGPIO番号を指定
• %はPWM値、0〜255でDutyを指定、128でDutyが約50%になるようだ、
• configで設定しなくても、gpio*on,gpio*offで出力値を設定すると、出力ピンになるらしい

GPIOを変数で設定

• 変数を作って、変数に設定値を入れるというやり方は、
• 自分が確認した限りでは、どうも出来ないっぽい。

デフォルトScratchのPWM出力

• PWM出力は、パルス幅のDutyを変えて出力する
• gpio14で、出力波形を確認してみた

• Duty50%の出力（pwm128）¹⁴

broadcast gpio14pwm128

• Duty20%の出力（pwm51）

broadcast gpio14pwm51

• Duty100%の出力（pwm255）

broadcast gpio14pwm255

• PWM出力の時、pwm値を255以上にしても、Lになる部分（300〜400nsぐらい）を無くすことは出来ないようだ。
• pwm値を0にすれば、Hになる部分は無くなる

• PWM出力の周波数は約800Hzで、ScratchGPIO7より少し速い。

デフォルトScratchでのLED点滅

• LED点滅は、ScratchGPIO7と、ほとんど同じだが、若干コマンドが異なる。
• 配線は全く同じものを使用する。同じPIN8だが、GPIO番号でいうとGPIO14となる

• LEDの向きに注意。点灯しなかったら、逆に挿しなおしてみる。
  • この図で、右側にLEDの長い方の足を挿す

• Scratchのプログラムは基本的には同じ

• 緑の旗マークを押すと、GPIOサーバを最初に起動して、
• あとは、以下をずっと繰り返す
• GPIO14をONにして、１秒待ち
• GPIO14をOFFにして、１秒待ち

• ScratchGPIO7は基本的にPIN番号で指定していて、PIN入出力はGPIO番号で指定することも可能だが、
• デフォルトのScratchではGPIO番号で指定するしかないようだ。

おまけ

RaspberryPiのGPIOピン配置

• GPIOは、GPIO番号、或いはコネクタの端子ピン番号で指定する。
• GPIOのピンヘッダを下にした時のGPIOのピン配置¹⁵を示す

• GPIO番号

• PIN番号

• ピン配置については、ScratchGPIO7でもデフォルトのScratchでも、当然、全く同じ。

RaspberryPi3でScratch2.0を動かす（161229追記）

• 最初、 Scratchのサイトの、Scratch2.0が動かなかったので、
• Flashをインストールし直したり、いろいろ試したんだけど、やっぱり動かず。
• 諦めようとしたんだけど、インストールパッケージのアップグレードをすればOKだった。

  $ sudo apt update
  $ sudo apt upgrade
  

• upgradeは、１時間以上掛かった。その間は他のことをして、時間を潰しましょう。

• あとは、Chromium（Web Browser）で、Chrome://plugins/をアクセスして、
• Flashを有効にして、さらに常に許可するにチェックを入れておく

• 最新の、最新のRaspbian（Jessie）なら、これでWeb上のScratch2.0が動くはず
• 試しに、自分もScratchのプログラムを作ってみました →プログラム

• それでも Flashがうまく動かない場合

• 残念ながら、Web上のScratchではローカルのGPIOのコントロールは出来ないみたいなので、
• GPIOの制御をするなら、ローカルにインストールされたScratch1.4を使わないといけないのが残念

まとめ

• Piperは、箱の組立てから始めて、簡単な工作や電子工作の基本を学べる
• 小学校低学年だと難しいかもしれないけど、わくわくしながら進められると思う。

• Minecraftの世界と繋がっているのも面白いと思った。
• このやり方は、いろいろ応用出来そうだ

• 全部のミッションをクリアしてしまうと、もうあまり遊べないけど、
• あとはRaspberryPiとして、いろいろ弄っていけば良いと思う。

• まぁ、Piperのディスプレイは少し小さめなので、すぐに物足りなくなるかもしれない
• ディスプレイは、テレビのHDMI端子を使った方がいいかも。。
• モバイルバッテリもちょっと面倒なので、USB充電器使った方がいいみたい。

• でも、これをきっかけにして、電子工作の面白さを知って、
• Piperを分解したり、いろいろ改造してみれば、楽しいかもしれない。

• Scratchのプログラムは、思いのほか面白かったので、
• これから改めていろいろ弄ってみようと思う。

参考

• RaspberryPi上のScratchでアナログ入力を利用してみた
• これは、この記事とは関係ないけど、あとで見てみようと思ってメモ

書籍

• Raspberry Piではじめる どきどきプログラミング 日経BP社
• Scratchを使ったプログラム、ちょっとだけ電子工作という本→小学校高学年以上向けって感じの本なんだけど、
• MinecraftやGPIOをScratchで操作するやり方が説明されていて、意外と読み甲斐があった
  • Piper持っててストーリーモード終わっちゃって、その後はどうしようという感じなら、かなりおススメの本だと思う

• 小学生からはじめる わくわくプログラミング 日経BP社
• 小学生からはじめる わくわくプログラミング２ 日経BP社
• この２つは、小学生向けのScratchの本→はじめてパソコンをさわる子供向けという感じ
  • プログラムがはじめてなら、こういう本が良いと思う。

• ラズパイマガジン 2016年8月号 日経BP社
• 子供向けではないけど、ラズベリーパイの雑誌。隔月のムックみたいなので、いろいろ見てみると良さそう。