# Raspberry Pi
[Raspberry Pi](https://raspberrypi.org) はシングルボードコンピュータです。さまざまなデバイスやエコシステムを使用してセンサーやアクチュエータを追加することができ、このレッスンでは [Grove](https://www.seeedstudio.com/category/Grove-c-1003.html) というハードウェアエコシステムを使用します。Pythonを使ってRaspberry Piをプログラミングし、Groveセンサーにアクセスします。
## セットアップ
Raspberry PiをIoTハードウェアとして使用する場合、2つの選択肢があります。これらのレッスンをすべて進めてPi上で直接コードを書くか、ヘッドレスのPiにリモート接続してコンピュータからコードを書くかです。
始める前に、Grove Base HatをPiに接続する必要があります。
### タスク - セットアップ
Grove Base HatをPiに取り付け、Piを設定します。
1. Grove Base HatをPiに接続します。HatのソケットはPiのすべてのGPIOピンにフィットし、ピンにしっかりと差し込むことができます。HatはPiの上に取り付けられ、Piを覆います。
1. Piをどのようにプログラミングするかを決め、以下の該当するセクションに進んでください：
* [Pi上で直接作業する](../../../../../1-getting-started/lessons/1-introduction-to-iot)
* [リモートアクセスでPiをプログラミングする](../../../../../1-getting-started/lessons/1-introduction-to-iot)
### Pi上で直接作業する
Pi上で直接作業したい場合は、Raspberry Pi OSのデスクトップ版を使用し、必要なツールをすべてインストールできます。
#### タスク - Pi上で直接作業する
開発用にPiをセットアップします。
1. [Raspberry Piセットアップガイド](https://projects.raspberrypi.org/en/projects/raspberry-pi-setting-up) の指示に従い、Piをセットアップし、キーボード/マウス/モニターに接続し、WiFiまたはイーサネットネットワークに接続し、ソフトウェアを更新します。
Groveセンサーやアクチュエータを使用してPiをプログラミングするには、デバイスコードを書くためのエディタや、Groveハードウェアと連携するためのさまざまなライブラリやツールをインストールする必要があります。
1. Piが再起動したら、トップメニューバーの**Terminal**アイコンをクリックするか、*Menu -> Accessories -> Terminal*を選択してターミナルを起動します。
1. 次のコマンドを実行して、OSとインストール済みソフトウェアを最新の状態にします：
```sh
sudo apt update && sudo apt full-upgrade --yes
```
1. 次のコマンドを実行して、Groveハードウェアに必要なすべてのライブラリをインストールします：
```sh
sudo apt install git python3-dev python3-pip --yes
git clone https://github.com/Seeed-Studio/grove.py
cd grove.py
sudo pip3 install .
sudo raspi-config nonint do_i2c 0
```
これにより、GitとPythonパッケージをインストールするためのPipがインストールされます。
Pythonの強力な機能の1つは、[Pipパッケージ](https://pypi.org) をインストールできることです。これらは他の人が書いたコードのパッケージで、インターネット上に公開されています。1つのコマンドでPipパッケージをコンピュータにインストールし、そのパッケージをコードで使用できます。
Seeed Grove Pythonパッケージはソースからインストールする必要があります。これらのコマンドは、このパッケージのソースコードを含むリポジトリをクローンし、それをローカルにインストールします。
> 💁 通常、パッケージをインストールすると、コンピュータ全体で利用可能になりますが、これによりパッケージのバージョンに関する問題が発生する可能性があります。たとえば、あるアプリケーションが特定のバージョンのパッケージに依存している場合、新しいバージョンを別のアプリケーションのためにインストールすると壊れることがあります。この問題を回避するために、[Python仮想環境](https://docs.python.org/3/library/venv.html) を使用できます。これは専用フォルダ内のPythonのコピーで、Pipパッケージをそのフォルダ内にのみインストールします。ただし、Piを使用する際には仮想環境を使用しません。GroveインストールスクリプトはGrove Pythonパッケージをグローバルにインストールするため、仮想環境を使用する場合は仮想環境を設定し、その環境内でGroveパッケージを手動で再インストールする必要があります。特に多くのPi開発者が各プロジェクトのためにクリーンなSDカードを再フラッシュするため、グローバルパッケージを使用する方が簡単です。
最後に、I2Cインターフェースを有効にします。
1. メニューを使用するか、ターミナルで次のコマンドを実行してPiを再起動します：
```sh
sudo reboot
```
1. Piが再起動したら、再度ターミナルを起動し、次のコマンドを実行して[Visual Studio Code (VS Code)](https://code.visualstudio.com?WT.mc_id=academic-17441-jabenn) をインストールします。これはPythonでデバイスコードを書くために使用するエディタです。
```sh
sudo apt install code
```
インストールが完了すると、VS Codeはトップメニューから利用可能になります。
> 💁 これらのレッスンではVS Codeを使用する指示が記載されていますが、好みのPython IDEやエディタを使用しても構いません。
1. Pylanceをインストールします。これはPython言語サポートを提供するVS Codeの拡張機能です。[Pylance拡張機能のドキュメント](https://marketplace.visualstudio.com/items?WT.mc_id=academic-17441-jabenn&itemName=ms-python.vscode-pylance) を参照して、この拡張機能をVS Codeにインストールする方法を確認してください。
### リモートアクセスでPiをプログラミングする
Pi上で直接コードを書く代わりに、キーボード/マウス/モニターに接続せずに「ヘッドレス」で動作させ、コンピュータからVisual Studio Codeを使用して設定やコードを書くことができます。
#### Pi OSのセットアップ
リモートでコードを書くには、Pi OSをSDカードにインストールする必要があります。
##### タスク - Pi OSのセットアップ
ヘッドレスPi OSをセットアップします。
1. [Raspberry Pi OSソフトウェアページ](https://www.raspberrypi.org/software/) から**Raspberry Pi Imager**をダウンロードしてインストールします。
1. 必要に応じてアダプタを使用して、SDカードをコンピュータに挿入します。
1. Raspberry Pi Imagerを起動します。
1. Raspberry Pi Imagerで**CHOOSE OS**ボタンを選択し、*Raspberry Pi OS (Other)*を選択した後、*Raspberry Pi OS Lite (32-bit)*を選択します。
> 💁 Raspberry Pi OS Liteは、デスクトップUIやUIベースのツールが含まれていないRaspberry Pi OSのバージョンです。ヘッドレスPiにはこれらは必要なく、インストールサイズが小さくなり、起動時間が短縮されます。
1. **CHOOSE STORAGE**ボタンを選択し、SDカードを選択します。
1. `Ctrl+Shift+X`を押して**Advanced Options**を起動します。これらのオプションを使用すると、Raspberry Pi OSをSDカードに書き込む前にいくつかの事前設定が可能です。
1. **Enable SSH**チェックボックスをオンにし、`pi`ユーザーのパスワードを設定します。このパスワードは後でPiにログインする際に使用します。
1. PiにWiFiで接続する予定がある場合は、**Configure WiFi**チェックボックスをオンにし、WiFiのSSIDとパスワードを入力し、WiFiの国を選択します。イーサネットケーブルを使用する場合はこれを行う必要はありません。接続するネットワークがコンピュータと同じであることを確認してください。
1. **Set locale settings**チェックボックスをオンにし、国とタイムゾーンを設定します。
1. **SAVE**ボタンを選択します。
1. **WRITE**ボタンを選択してOSをSDカードに書き込みます。macOSを使用している場合、ディスクイメージを書き込むためのツールが特権アクセスを必要とするため、パスワードの入力を求められます。
OSがSDカードに書き込まれると、完了後にOSによってカードが取り出され、通知されます。SDカードをコンピュータから取り外し、Piに挿入して電源を入れ、約2分間待って完全に起動するのを待ちます。
#### Piに接続する
次のステップはPiにリモートアクセスすることです。これは、macOS、Linux、および最近のWindowsバージョンで利用可能な`ssh`を使用して行うことができます。
##### タスク - Piに接続する
Piにリモートアクセスします。
1. ターミナルまたはコマンドプロンプトを起動し、次のコマンドを入力してPiに接続します：
```sh
ssh pi@raspberrypi.local
```
古いバージョンのWindowsを使用していて`ssh`がインストールされていない場合は、OpenSSHを使用できます。[OpenSSHインストールドキュメント](https://docs.microsoft.com//windows-server/administration/openssh/openssh_install_firstuse?WT.mc_id=academic-17441-jabenn) にインストール手順が記載されています。
1. Piに接続されると、パスワードの入力を求められます。
`.local`を使用してネットワーク上のコンピュータを見つける機能は、LinuxやWindowsでは比較的新しい機能です。LinuxまたはWindowsを使用していて、ホスト名が見つからないというエラーが発生した場合は、ZeroConfネットワーキング（AppleではBonjourと呼ばれる）を有効にするための追加ソフトウェアをインストールする必要があります：
1. Linuxを使用している場合は、次のコマンドを使用してAvahiをインストールします：
```sh
sudo apt-get install avahi-daemon
```
1. Windowsを使用している場合、ZeroConfを有効にする最も簡単な方法は、[Bonjour Print Services for Windows](http://support.apple.com/kb/DL999) をインストールすることです。また、[iTunes for Windows](https://www.apple.com/itunes/download/) をインストールして、より新しいバージョンのユーティリティを取得することもできます（スタンドアロンでは利用できません）。
> 💁 `raspberrypi.local`を使用して接続できない場合は、PiのIPアドレスを使用できます。[Raspberry Pi IPアドレスドキュメント](https://www.raspberrypi.org/documentation/remote-access/ip-address.md) を参照して、IPアドレスを取得するさまざまな方法を確認してください。
1. Raspberry Pi Imager Advanced Optionsで設定したパスワードを入力します。
#### Pi上のソフトウェアを設定する
Piに接続したら、OSを最新の状態にし、Groveハードウェアと連携するためのさまざまなライブラリやツールをインストールする必要があります。
##### タスク - Pi上のソフトウェアを設定する
インストールされたPiソフトウェアを設定し、Groveライブラリをインストールします。
1. `ssh`セッションから次のコマンドを実行してPiを更新し、再起動します：
```sh
sudo apt update && sudo apt full-upgrade --yes && sudo reboot
```
Piが更新され、再起動されます。Piが再起動されると`ssh`セッションは終了するため、約30秒待ってから再接続してください。
1. 再接続した`ssh`セッションから、次のコマンドを実行してGroveハードウェアに必要なすべてのライブラリをインストールします：
```sh
sudo apt install git python3-dev python3-pip --yes
git clone https://github.com/Seeed-Studio/grove.py
cd grove.py
sudo pip3 install .
sudo raspi-config nonint do_i2c 0
```
これにより、GitとPythonパッケージをインストールするためのPipがインストールされます。
Pythonの強力な機能の1つは、[Pipパッケージ](https://pypi.org) をインストールできることです。これらは他の人が書いたコードのパッケージで、インターネット上に公開されています。1つのコマンドでPipパッケージをコンピュータにインストールし、そのパッケージをコードで使用できます。
Seeed Grove Pythonパッケージはソースからインストールする必要があります。これらのコマンドは、このパッケージのソースコードを含むリポジトリをクローンし、それをローカルにインストールします。
> 💁 通常、パッケージをインストールすると、コンピュータ全体で利用可能になりますが、これによりパッケージのバージョンに関する問題が発生する可能性があります。たとえば、あるアプリケーションが特定のバージョンのパッケージに依存している場合、新しいバージョンを別のアプリケーションのためにインストールすると壊れることがあります。この問題を回避するために、[Python仮想環境](https://docs.python.org/3/library/venv.html) を使用できます。これは専用フォルダ内のPythonのコピーで、Pipパッケージをそのフォルダ内にのみインストールします。ただし、Piを使用する際には仮想環境を使用しません。GroveインストールスクリプトはGrove Pythonパッケージをグローバルにインストールするため、仮想環境を使用する場合は仮想環境を設定し、その環境内でGroveパッケージを手動で再インストールする必要があります。特に多くのPi開発者が各プロジェクトのためにクリーンなSDカードを再フラッシュするため、グローバルパッケージを使用する方が簡単です。
最後に、I2Cインターフェースを有効にします。
1. 次のコマンドを実行してPiを再起動します：
```sh
sudo reboot
```
Piが再起動されると`ssh`セッションは終了します。再接続する必要はありません。
#### リモートアクセス用にVS Codeを設定する
Piが設定されたら、コンピュータからVisual Studio Code (VS Code) を使用して接続できます。これは、Pythonでデバイスコードを書くために使用する無料の開発者向けテキストエディタです。
##### タスク - リモートアクセス用にVS Codeを設定する
必要なソフトウェアをインストールし、Piにリモート接続します。
1. [VS Codeドキュメント](https://code.visualstudio.com?WT.mc_id=academic-17441-jabenn) に従って、コンピュータにVS Codeをインストールします。
1. [VS Codeリモート開発（SSH使用）ドキュメント](https://code.visualstudio.com/docs/remote/ssh?WT.mc_id=academic-17441-jabenn) の指示に従って、必要なコンポーネントをインストールします。
1. 同じ指示に従って、VS CodeをPiに接続します。
1. 接続後、[拡張機能の管理](https://code.visualstudio.com/docs/remote/ssh#_managing-extensions?WT.mc_id=academic-17441-jabenn) の指示に従って、[Pylance拡張機能](https://marketplace.visualstudio.com/items?WT.mc_id=academic-17441-jabenn&itemName=ms-python.vscode-pylance) をPiにリモートでインストールします。
## Hello world
新しいプログラミング言語や技術を始める際には、伝統的に「Hello World」アプリケーションを作成します。これは、すべてのツールが正しく設定されていることを確認するために、`"Hello World"`のようなテキストを出力する小さなアプリケーションです。
Pi用のHello Worldアプリは、PythonとVisual Studio Codeが正しくインストールされていることを確認するためのものです。
このアプリは`nightlight`というフォルダー内に作成されます。このフォルダーは、この課題の後半でナイトライトアプリケーションを構築する際に、異なるコードで再利用されます。
### タスク - Hello World
Hello Worldアプリを作成します。
1. Pi上で直接、またはRemote SSH拡張機能を使用してコンピューターからPiに接続し、VS Codeを起動します。
1. *Terminal -> New Terminal*を選択するか、`` CTRL+` ``を押してVS Codeターミナルを起動します。ターミナルは`pi`ユーザーのホームディレクトリに開きます。
1. 以下のコマンドを実行してコード用のディレクトリを作成し、そのディレクトリ内に`app.py`というPythonファイルを作成します：
```sh
mkdir nightlight
cd nightlight
touch app.py
```
1. *File -> Open...*を選択し、*nightlight*フォルダーを選択して**OK**をクリックして、このフォルダーをVS Codeで開きます。
1. VS Codeエクスプローラーから`app.py`ファイルを開き、以下のコードを追加します：
```python
print('Hello World!')
```
`print`関数は、渡された内容をコンソールに出力します。
1. VS Codeターミナルから以下を実行してPythonアプリを実行します：
```sh
python app.py
```
> 💁 Python 2がインストールされている場合、Python 3を実行するには明示的に`python3`を呼び出す必要があるかもしれません。Python 2がインストールされている場合、`python`を呼び出すとPython 2が使用されます。デフォルトでは、最新のRaspberry Pi OSバージョンにはPython 3のみがインストールされています。
ターミナルに以下の出力が表示されます：
```output
pi@raspberrypi:~/nightlight $ python3 app.py
Hello World!
```
> 💁 このコードは[code/pi](../../../../../1-getting-started/lessons/1-introduction-to-iot/code/pi)フォルダーにあります。
😀 あなたの「Hello World」プログラムは成功しました！
**免責事項**:
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