IoTパート

IoTパート#

✅ 概要#

このパートは大学3年生向けの情報科学演習教材で、IoT（Internet of Things）システムの構築を実践的に学びます。 Raspberry Pi、PiNode3、Spresenseカメラなどを用いて、センサーデータの収集からデータベースへの送信まで、実際のIoTシステムの一連のプロセスを体験します。

📚 学習目標#

  • Raspberry Piの基本的なセットアップおよびリモートアクセス方法を習得する

  • IoTシステム（PiNode3）を構築し、センサーデータの収集とデータベースへの保存を実装する

  • Spresenseカメラの設定と動作確認を行い、画像データの取得方法を学ぶ

  • IoTシステム全体の構成と、エッジデバイスからクラウドへのデータフローを理解する

  • 実際のハードウェアを使って、IoTシステムの物理的な設置と運用を体験する

📁 ディレクトリ構成#

part4_iot/
├── intro.md                              # この概要ページ
├── data/                                 # 収集データ格納ディレクトリ
└── notebooks/                            # 学習用Jupyter Notebook
    ├── 01_raspi_setup.ipynb              # Raspberry Piのセットアップ
    ├── 02_pinode_setup.ipynb             # PiNode3システムの構築
    ├── 03_spresense_setup.ipynb          # Spresenseカメラのセットアップ
    └── 04_iot_physical_install.md        # IoTデバイスの物理的な設置手順

🔧 使用ハードウェア#

  • Raspberry Pi: メインコンピューティングユニット（Debian GNU/Linux 12 (bookworm)推奨）

  • PiNode3: Raspberry Piベースのセンサーネットワークシステム

  • Spresense Camera: Sony製の小型高性能カメラモジュール

  • 各種センサー: 温度、湿度、照度などの環境センサー

📊 データセット#

本パートでは、以下のようなデータを収集・蓄積します：

  • センサーデータ: 温度、湿度、照度などの時系列データ

  • 画像データ: Spresenseカメラで取得した画像

  • ログデータ: システムの動作ログやエラーログ

データはdata/ディレクトリに保存されるか、リモートデータベースに送信されます。

🚀 学習の進め方#

notebooksディレクトリ内のJupyter Notebookを以下の順序で実行し、内容を理解しながら進めてください。 各Notebookには、実機を使った実習が含まれています。

Step 1: Raspberry Piのセットアップ#

Raspberry Pi OSのインストールから始め、Wi-Fi設定、SSH接続、OpenCVによるカメラ制御まで、Raspberry Piを使用するための基本的な環境構築を学びます。

主な内容:

  • Raspberry Pi Imagerを使ったOSのインストール

  • ネットワーク設定（Wi-Fi、固定IPアドレス）

  • SSH/VNC/sambaによるリモートアクセス設定

  • OpenCVのインストールとカメラ動作確認

Step 2: PiNode3システムの構築#

Raspberry Piを用いて、実際のIoTシステム（PiNode3）を構築します。センサーデータの収集、ローカルまたはリモートデータベースへの保存、自動起動設定などを実装します。

主な内容:

  • PiNode3リポジトリのクローンとインストール

  • データ収集プログラムの設定と動作確認

  • ローカルDB/リモートDBへのデータ送信設定

  • systemdサービスによる自動起動設定

Step 3: Spresenseカメラのセットアップ#

Sony製Spresenseカメラの開発環境を構築し、Arduino IDEを使ってプログラムを書き込みます。PCからのアクセス方法やPiNodeとの連携方法を学びます。

主な内容:

  • Arduino IDEのインストールと設定

  • SPRESENSE Arduino board packageのインストール

  • USBドライバのインストール

  • カメラプログラムの書き込みと動作確認

  • PiNodeとの連携設定

Step 4: IoTデバイスの物理的な設置#

実際にIoTデバイスを設置する際の注意点、ケーブル配線、電源管理、防水・防塵対策などの実践的な知識を習得します。

💻 使用技術#

ソフトウェア#

  • Python: IoTシステムのプログラミング言語

  • OpenCV: カメラ画像の処理

  • InfluxDB: 時系列データベース（オプション）

  • systemd: Linuxサービス管理

  • Arduino IDE: Spresenseプログラミング環境

ハードウェア制御#

  • GPIO制御: センサーとの通信

  • I2C/SPI通信: デバイス間通信

  • USB通信: カメラとの接続

ネットワーク#

  • SSH: リモートアクセス

  • HTTP/HTTPS: データ送信

📝 実行環境#

Raspberry Pi側#

  • Raspberry Pi OS (64-bit) Debian GNU/Linux 12 (bookworm)

  • Python 3.x

  • OpenCV, InfluxDB client等のライブラリ

PC側#

  • Windows/Mac/Linux

  • Arduino IDE

  • SSH/VNCクライアント

  • テキストエディタ（VS Code推奨）

ネットワーク要件#

  • Wi-Fi環境またはEthernet接続

  • インターネット接続（パッケージインストールおよびリモートDB利用時）

🔗 関連リポジトリ#

注意事項#

  • 実機を使用するため、ハードウェアの取り扱いには十分注意してください

  • 電源の接続/切断は慎重に行ってください

  • ネットワーク設定は各自の環境に合わせて調整してください

  • センサーやカメラの設置場所は、目的に応じて適切に選定してください

Contents