ラズベリーパイ（Raspberry Pi）と3Dプリンターで作って学ぶIoT～DIY型IoTキット作成講座～

画像、CO2、温湿度、照度、水深の取得とサマリー、アラートメールの送付を行うIoTキットの作成を通じ、Raspberry Pi（ラズパイ、ラズベリーパイ）、センサー、Google Cloud、Python、3Dプリンターについて学ぶ講座です

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Description

コースの紹介
Raspberry Pi（ラズパイ、ラズベリーパイ）をベースに、画像、CO2、温湿度、照度、水深データを取得し、クラウド（Google Cloud）に貯め、アラートメールやサマリーメールを送付する「DIY型IoTキット」の構築を通じ、簡易なIoTの構築方法、IoTの仕組みを学習します。また、構築したIoTキットは植物、工場、職場、住環境のモニタリング・改善等に役立てて頂くことができます

「IoTの構築」を通じて学習すること

  • Raspberry Piの使い方（基本的な使い方、スマホやPCからの遠隔操作の方法など）

  • ターミナルやPythonの使い方

  • センサー類（I2Cセンサー、CO2-mini、一般的なWebカメラ）、ハンダの使い方

  • Google Cloudの使い方（具体的には、基本操作、Service Account、OAuth 2.0 Client ID、API）

  • 3Dプリンターの使い方（初めての方がゼロから印刷までできるよう解説）
    など

「IoTの仕組み」として深掘り学習すること

  • センサーの仕組み：電子機器に広く使われるI2CセンサーとRaspberry Piの通信の仕組み

  • クラウドの仕組み：Google Cloud活用の仕組み（API、OAuth 2.0 Client ID、Service account）

学習事項に関する補足

  • Raspberry Pi、3Dプリンター、プログラミングなどが初めての方を対象に、全てゼロから解説を行っています

  • プログラムに関する理解を深めて頂けるよう、コード全てにDocstringsを付けています

DIY型IoTキットの用途例

  • 動植物をモニタリング：生育環境の改善に活用することができます

  • CO2など居住空間をモニタリング：CO2濃度の低減などに活用できます

  • IoT、モノ作りの研修や授業に活用：全てゼロから解説しているので、Raspberry Pi、プログラミング、Google Cloud、3Dプリンターなどが初めての方でも、躓かず学んで頂けます

DIY型IoTキットの特徴

  • 材料費2-3万円（運用コスト無し）：Google Cloudは無料枠内で活用します

  • 3Dプリンターで更に機能的に：3Dプリンター無しでも、IoTキットは構築できますが、3Dプリンターで印刷できるパーツを用いると、よりコンパクトに、センサーの測定精度高く、より安全に使うことができます

  • 市販品を組み合わせて作れる（工作はほとんど不要。3つのセンサーへのハンダ付けのみ必要）

本講座をおすすめしたい方

  • IoTの構築方法や仕組みについて学びたい方（事業担当者やエンジニアの方など）

  • 以下の使い方を学びたい方

    • Raspberry Piとセンサー類（温湿度、照度、距離、CO2-mini、Webカメラ）

    • Google Cloud（Service account、OAuth 2.0 Client ID、Google Cloud APIs）

    • 3Dプリンター（Ender-3 S1、Thingiverse、Cura）

  • IoTキットを活用したい方（生産者や経営者、もの作りが好きな方など）

注意点

  • IoTキットの作成・使用時、安全には十分注意して下さい（ハンダ付けの際の火傷、回路構築時のショート、起動時に基盤を長時間触れることによる火傷など）

  • 3Dプリンターの使用時、火傷、火事、怪我には十分注意して下さい（家族、お子様、ペット等が触れない場所、周りに可燃性の高いものが無い場所で使用する）

  • 講座は、安価で入手しやすいRaspberry Pi 4Bを前提に進めていますが、Raspberry Pi 3B+、3Bなどを使って頂いても問題ありません。Raspberry Pi 3B+、3Bを用いる場合、「3B+、3B向けの電源」が必要で、一方で、ディスプレイと接続する際の「HDMI-ﾏｲｸﾛHDMIｹｰﾌﾞﾙ」は不要となります。Raspberry Pi Zeroでもプログラムは動きますが、USB端子数が少なく、Webブラウジング程度の操作でフリーズするため、慣れていない方にはオススメしておりません。Raspberry Pi Picoに関しては、根本的に設計が異なり、本講座で使うことはできません

更新履歴

  • 2023/12 3Dプリンター向けスライサーソフトであるCuraの仕様変更に対応

  • 2023/11  Raspberry Piの新しいOSであるBookwormに対応

What You Will Learn!

  • Raspberry Piの基本的な操作方法（OSの準備、初期設定、Wi-Fiへの接続方法など）
  • Raspberry Piをパソコンやスマートフォンから遠隔操作する方法（VNC Connect、VNC Viewer、VNC Serverを活用）
  • Raspberry Piでのプログラムの実行方法（ターミナルの操作、プログラムのダウンロード、パッケージのインストール、プログラムの実行/停止方法など）
  • I2Cセンサーの仕組みと使い方（温湿度、照度、距離センサーを活用。通信方式は広く用いられるI2C。プログラムはPython）
  • CO2センサー（CO2-mini）の特徴と使い方（プログラムはPython）
  • Webカメラ（例：C270n）の特徴とプログラムによる撮影方法（プログラムはPython）
  • Google Cloudの基本的な使い方（概要、プロジェクトの作成とGoogle Cloud Consoleの操作方法、DIY型IoTキットを例にしたGoogle Cloudの活用方法）
  • Google Cloudにより、Google Sheetsにデータを蓄積する方法（Service Account、Google Sheets APIの使い方）
  • Google Cloudにより、Google Photosに画像を蓄積する方法（OAuth 2.0 Client ID、Photos Library APIの使い方）
  • Google Cloudにより、Gmailからサマリーメール、アラートメールを送付する方法（OAuth 2.0 Client ID、Gmail APIの使い方）
  • Raspberry Piを用いたプロトタイピング作成例（工夫点：デバッグのため機能を1つずつ実装、configファイルを用いた各種設定、GPIO拡張ボードを用いた配線のシンプル化、3Dプリンターを用いた専用パーツによる機能向上など）
  • Raspberry Piを用いたプロトタイピングの活用例（室内のCO2濃度のモニタリング、植物の生育環境モニタリングとその成果例など）
  • Google Photosに蓄積した画像をワンタッチでタイムラプス動画にする方法
  • 3Dプリンターの使い方（初めての方に向け、ゼロから印刷までを解説。Thingiverseからのファイルダウンロード、Curaを用いた印刷ファイルの作成、ブリム・ラフト・サポートの設定、Zオフセット、レベリング、フィラメントのロード、印刷と後処理など）

Who Should Attend!

  • IoTの構築方法や仕組みについて学びたい方（事業担当者・エンジニアの方など）
  • Raspberry Piとセンサー類の使い方を学びたい方（具体的には、I2Cセンサー、CO2-mini、C270n、VNC Connectなど）
  • Google Cloudの使い方を学びたい方（具体的には、基本操作、Service Account、OAuth 2.0 Client ID、Google Cloud APIs）
  • 3Dプリンターの使い方をゼロから学びたい方（具体的には、Ender-3 S1、Thingiverse、Cura）
  • 安価で実用的なIoT装置（IoTキット）を作成・活用したい方（機能としては、画像と各種環境データをクラウドに保存し、サマリー／アラートメールを送付）