Raspberry Pi（ラズベリーパイ）とは？予算1万円以内でスマートスピーカーが作れる

Raspberry Pi（ラズベリーパイ）とは、イギリスのラズベリーパイ財団が初等・中等教育用に開発した安価なシングルボードコンピューターです。

日本では「ラズパイ」と呼ばれ、コンピューターに興味を持ったビギナーから電子工作好きのベテランまで、幅広い層に支持されています。

ラズパイの特長は、見た目は名刺サイズ（85mm x 56mm）のプリント基盤でありながら、低電力のARMアーキテクチャのCPUをはじめとして、コンピューターとして使うのに最低限必要なハードウェアが揃っている点です。

電源、ストレージ、入力装置、LinuxなどのOSを用意すれば、本格的なコンピューターを組み立てられます。

HDMI、USB、LANポートなどのインターフェイスが標準搭載されているため、拡張性が高く、ラズパイをベースにさまざまなIoTデバイスや組み込み機器を製作可能です。

Raspberry Pi（ラズベリーパイ）の3つの特長

Raspberry Pi（ラズベリーパイ）の特長は3つあります。

まず、初等・中等教育での電子工作やプログラミング教育の教材として開発されたため、低コストで入手できるのが特長です。それでいて、ラズベリーパイは十分な性能を持ち、GPUが搭載されているため、動画や3Dなどのグラフィック処理が可能です。

また、軽量なLinuxや組み込み機器向けのWindows OSをインストールすることで、市販品と遜色ないクオリティのIoTデバイスを自作することもできます。

教育用のコンピューターであるため低コスト

ラズベリーパイは初等・中等教育用のシングルボードコンピューターです。

たとえば、初等教育のビジュアルプログラミングや、中等教育でのプログラミング言語の習得（Java、Scratch、Python、Ruby、C++など）のために利用されています。そのため、シングルボードコンピューターとして十分な性能を持ちながら、数千円程度の低価格で購入可能です。

小中学生の夏休みの自由研究から、大学生のプログラミング実習まで、誰でも気軽に入手することができます。

GPUが搭載されているためグラフィック処理も可能

ラズベリーパイには、ARMベースのCPUだけでなく、モバイル端末向けのGPUであるVideoCore IVが搭載されています。

GPU（Graphics Processing Unit）とは、別名グラフィックコントローラといい、画像処理に特化した機能を持つプロセッサのことです。

ラズベリーパイのVideoCore IVには、たとえば膨大な容量の画像をサンプルにして、機械学習やディープラーニングを素早く実行するほどのスペックはありませんが、画像・動画・3D映像などのグラフィック処理であれば十分に可能です。

ディスプレイと接続して一般的なコンピューターのように使用したり、簡単な画像認識や物体検出用のマシンを制作したり、さまざまな用途に使うことができます。

GPUに割り当てるメモリを増やし、グラフィック処理のGPUの優先度を高めるOpenGL（Open Graphics Library）などのライブラリをうまく活用すれば、さらに高度なグラフィック処理も可能です。

専用のOSをインストールすればIoTデバイスを作れる

ラズベリーパイにOSをインストールすれば、流行りのIoTデバイスを製作可能です。

IoT向けのOSとしては、たとえば本家のWindows10よりもシンプルな「Windows10 Iot Core」などが知られていますが、ラズパイでも利用可能です。

Windows10 Iot Coreのインストールは、まずMicrosoftの公式サイトからファイルをダウンロードし、SDカードなどに書き込んでおいて、ラズパイ本体から実行するとスムーズです。

やる気と根気さえあれば、さまざまなIoTプロダクトを個人で作れるため、ビギナーからベテランまで多くの方が挑戦しています。

Raspberry Pi（ラズベリーパイ）の人気モデルは4種類あります。

それぞれの違いはコスト面やスペック、拡張性です。

ラズパイで作ってみたいものや、現状の電子工作スキルに合わせ、自分にぴったりなモデルを選びましょう。

現時点でもっとも高スペックな「Raspberry Pi 4」

2019年11月26日から発売開始したRaspberry Pi 4は、ARMベースの新型CPU「Cortex-A72」を搭載し、現時点でもっとも高いスペックを持つモデルです。

Cortex-A72は2015年2月に発表されたクアッドコアのCPUで、当時のスマートフォンやタブレットのハイエンドモデルに搭載されていました。

メモリも1GB・2GB・4GBから選ぶことができ、ハイエンド構成なら一般的なノートパソコンとしても使用可能です。電源コネクタも、急速に普及しつつあるUSB Type-Cに変更され、ますます拡張性が向上しました。

ハイスペックなラズパイで電子工作がしたい方、ミニノートなど高機能なデバイスを製作したい方におすすめです。

本格的なプロダクトを作れる「Raspberry Pi 3」

Raspberry Pi 3は、Raspberry Pi 4よりもスペックが劣るものの、産業用のプロダクトが製作可能な人気モデルです。

とくに2018年3月14日に発売されたRaspberry Pi 3 Model B/B+には、CPUの加熱・熱暴走を防ぐサーマルスロットリング機能が搭載され、産業領域でも使用できるスペックが注目を集めました。

Wi-FiやBluetoothにも対応済みで、無線通信を行うIoT機器の製作にも適しています。日本円だと4,000円程度で入手可能なため、入門用にもぴったりです。

専用キットが豊富なミドルスペックの「Raspberry Pi 2」

Raspberry Pi 2は、現状のラズパイではミドルスペックに相当するモデルです。

Raspberry Pi 2 Model Bは、上位モデルのRaspberry Pi 3とそれほど値段が変わらないものの、製作キットの種類が豊富なため、電子工作が好きな方に人気を集めています。とにかく何か作ってみたいビギナーの方におすすめです。

小型かつ安価でラズパイ入門者におすすめの「Raspberry Pi Zero」

2018年1月に発売されたRaspberry Pi Zeroは、ラズパイのエントリーモデルです。日本円で1,500円ほどと低価格で、初めてラズパイに挑戦するビギナーに最適なモデルです。

サイズがほかのモデルより一回り小さく、電源もわずか5Vで、消費電力が非常に小さいのが特長です。そのため、取り回しのよさや消費電力の少なさを重視するケースでは、優先的に採用されることもあります。

「Raspberry Pi」の各モデルの発売時期

「Raspberry Pi」の各モデルのスペック比較

※ComputeModuleのモデルが現在入手困難です。

Raspberry Pi（ラズベリーパイ）の3つの活用事例

Raspberry Pi（ラズベリーパイ）で、具体的にどのようなものが作れるのでしょうか。ここでは、ラズパイで製作可能な3つのプロダクトを紹介します。

高度な気象観測も可能な「デジタル百葉箱」

ラズベリーパイはキットを使い、さまざまなセンサーモジュールを接続することが可能です。

温度や湿度を検知するセンサーを接続すれば、野外の気象観測に役立つ「デジタル百葉箱」を制作できます。

ラズパイはアナログな百葉箱と違い、無線通信モジュールも接続できるため、気象庁が運用している無人観測施設「アメダス」のように、気象データを自動で送信することも可能です。

市販品よりも安価な「モバイルルーター」

ラズベリーパイに格安SIMを搭載することで、市販品よりも低コストで「モバイルルーター」を作れます。

ラズベリーパイにアクセスポイント機能を持たせるため、IPアドレスを割り当てるDHCPサーバーの立ち上げなどの知識が必要ですが、予算1万円以内でLTE接続可能なモバイルルーターを製作できます。

Google AIY Voice Kitと組み合わせた「スマートスピーカー」

Google AIY Voice KitとRaspberry Pi 3を組み合わせれば、市販品と遜色ないクオリティの「スマートスピーカー」を製作できます。

Google AIY Voice Kitには、Raspberry Pi 3の機能を拡張するためのキットや、スピーカーモジュールも含まれているため、後は電源やSDカード、ラズパイ本体を用意するだけで、誰でも簡単にスマートスピーカーを組み立てられます。

総額1万円以下で製作できるため、「スマートスピーカーが欲しい」という方にもおすすめです。

Raspberry Pi（ラズベリーパイ）のセットアップ例

あらかじめインストールしておきました「Raspberry Pi Imager」を起動させます。起動した画面内で「Operating System」を選択します。


この画面ではOSの選択ができます。開発の内容に合わせて選択します。


選択後は起動時の画面で、今度は「Storage」を選択しますと、ストレージの選択画面が出てきます。
こちらについてもあらかじめSDカードなどのストレージを挿入している必要があります。


OSとストレージを選択すると画面上で「CHOOSE OS」と「CHOOSE STRAGE」であった箇所が選択されたOSとストレージの表記になっております。
こちらを確認したうえで「WRITE」を選択してください。


「SDカードのデータが消去されるが、書き込みを続けるか？」の確認がでてきます。ここで「YES」を選択すると書き込みが始まります。


上記のような画面になりましたらOSの書き込みが完了です。

Raspberry Piの学習手順や習得方法

Raspberry Piのプログラミングにあたり非常にポピュラーな方法としてpythonによるプログラムが考えられます。
pythonは最新のGitHubの調査(2021年)では2019年以降、世界2位を保持という非常にたくさんの人に利用されているプログラミング言語です。※https://octoverse.github.com/#improving-how-we-work

これほど、ポピュラーな言語であるため、「python　ラズパイ」などと検索することで、学習のためのサイトが非常にたくさん表示されます。そういったサイトで情報を収集することが可能です。

①pythonを利用するための環境構築
pythonをインストールする必要があります。MacとWindowsで若干手順が異なったり、Macでは標準でPythonがインストールされていますが、バージョンが古い、といったことがありますため、ご利用の環境に合わせたインストール方法を選びましょう。

②pythonの習得
pythonも他のプログラム言語と同様に習得ために、プログラムの方法を習得する必要があります。ですが、pythonはプログラムが読みやすく初めてのプログラムにうってつけの言語とも言えます。

上記についてもWEB上で数多くの情報に触れることができます。まずはpytohnの習得を始めてみましょう。