Raspberry Pi Zero WとAzureで、Webから操作できるIoTクリスマスツリーを作ってみよう

Raspberry Pi Zeroではじめよう！ おうちで楽しむIoTレシピ　第4回

　この連載では、約650円で買えるマイコンボードRaspberry Pi Zeroを使って、ITエンジニアがIoTを学べたり、家族で楽しんだりできるIoTレシピをご紹介していきます。今回はIoTでクリスマスツリーを光らせてみます。スマホ・PCのブラウザーからWebアプリにアクセスし、「点灯・点滅・消灯」のボタンを押すことで、Raspberry Piから配線したLEDを制御することができます。スマホのボタン操作でクリスマスツリーのLEDを制御することができるので、小さなお子さまも気軽に試すことができます。このIoTクリスマスツリーで、身近なIoTを体験してみましょう。

IoTクリスマスツリーの仕組み

　IoTクリスマスツリーを制御する仕組みについて、大まかには以下の流れになります。

1. ブラウザ上でWebアプリのボタンを押す【点灯/点滅/消灯】（MQTT Publisher）
2. MQTT Brokerでメッセージを受け取る
3. Raspberry Pi Zero Wでメッセージを受け取り（MQTT Subscriber）、LEDの制御をする（GPIO）

　まずは、クリスマスツリー用のLEDを準備し、Raspberry Pi Zero Wに繋げます。そして、AzureのPaaSのサービスである「Azure App Service」でPHPをインストールし、PHPで動作するWebアプリを準備します。

　Webアプリのボタンを押すことにより、メッセージ(データ)が送信されます。そのとき、MQTT（Message Queue Telemetry Transport）という通信プロトコルを使用し、メッセージはMQTT Brokerに送信されます。その後、Raspberry Pi Zero WでMQTT Brokerのメッセージを受け取り、LEDを【点灯/点滅/消灯】させます。

　Azure App Serviceの詳細については、マイクロソフトの公式ドキュメントをご覧下さい

用意するもの

• Raspberry Pi Zero W
• ミニブレッドボード
• ジャンパワイヤ（オス～ワニクリップ）
• ジャンパワイヤ（オス～メス）
• LEDライト（4.5V 1m/20個）
• トランジスタ　1本
• 抵抗　1本
• クリスマスツリー

　LEDライトについては、今回は電池ボックス付きのものを切断し、改造して使用する例を紹介します。

クリスマスツリーの飾り付け

　まずはクリスマスツリーを飾り付けます。ぜひ、ご家族で楽しく飾り付けてみましょう。

LEDの下準備

　LEDライトについては、「アキバLEDピカリ館)で購入したものを使用しています。

　電池ボックス付きですが、電池は使用しないのでニッパーで切断します。

　次の手順の配線でLEDのアノードとカソードを間違えないようにするため、アノード側にマジック等で目印を付けることをおすすめします。

配線

　以下の図の通りに配線します。実際に使用するLEDライトは、並列接続のLED20球になります。

　LEDをブレッドボードに配線するときは、ジャンパワイヤ（オス～ワニ口クリップ）を使用しました。

　今回は2.5Ωの制限抵抗が必要でしたが、それだと明るすぎたのでLEDの4.7Ωにしています。

注意

　制限抵抗を入れないとLEDが焦げて故障する恐れがありますので十分ご注意下さい。図解の制限抵抗4.7ΩはLEDが20本並列の場合を想定しています。LED1本のみで試したい場合の制限抵抗は300Ωにします。

　なお、ブレッドボードのトランジスタの図解は2SC1815、2SC2120などのECB（エミッタ、コレクタ、ベース）のピン配置を想定しています。なお、トランジスタには、エミッタ（Emitter）、コレクタ（Collector）、ベース（Base）といった3つの電極があります。

点灯テスト

　Raspberry Piの配線が問題無くできているか、以下のコマンドを実行してみましょう。LEDが点灯していたら成功です。

echo 17 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio17/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio17/value

　点灯テストが終わったら、以下のコマンドでLEDを消灯させ、GPIO17番を無効化します。

echo 0 > /sys/class/gpio/gpio17/value
echo 17 > /sys/class/gpio/unexport