Raspberry Pi 3を使用して、ＩｏＴアラームクロックを作成しました。

１．作成時期
　　　2018/3〜2018/6

２．購入品について

　　　以下の部品を購入し、手持ちのユニバーサル基板やSW等を使用して、IoTアラームクロックを作成しました。

　1.購入品

　　　・Raspberry Pi 3 Model B
　　　　　Raspberry Pi 3 Model B element14版/注文日(2018/3/11)：秋月電子通商(\4,800(税込))

　　　・スイッチングACアダプター
　　　　　スイッチングACアダプター(USB ACアダプター),5V3A/注文日(2018/3/11)：秋月電子通商(\700(税込))

　　　・Raspberry Pi B+用ヒートシンクセット
　　　　　Raspberry Pi B+用ヒートシンクセット/注文日(2018/3/11)：秋月電子通商(\120(税込))

　　　・microSDHCカード(16GB)
　　　　　TOSHIBA マイクロSDカード(microSDHC)EXCERIA 16GB 100MB/s/注文日(2018/3/11)：秋月電子通商(\1,150(税込))

　　　・ゴム足(丸)RF-018(4個入り)
　　　　　ゴム足(丸)RF-018(4個入り)/注文日(2018/3/11)：秋月電子通商(\100(税込))

　　　・3mmプラネジ(7mm)+六角スペーサー(14mm) セット
　　　　　3mmプラネジ(7mm):8個+六角スペーサー(14mm):4個 セット/注文日(2018/3/11)：秋月電子通商(\50(税込) *2個)

　　　・プラスチックケース
　　　　　タカチ TWN型難燃性プラスチックケース(TWN13-7-18W/注文日(2018/3/11)：共立エレショップ(\799(税込))

　　　・電子ブザー
　　　　　圧電ブザー, 直径：24mm, 厚さ：9mm, 動作電圧：DC 2〜20V, 消費電流：2.8mA(電源DC3V時), 5.0mA(電源DC5V時)
　　　　　/注文日(2018/3/11)：秋月電子通商(\150(税込))

　　　・キャラクタ液晶モジュール(16x2行)
　　　　　I2C定電圧キャラクタ液晶モジュール(16x2行)(I2C接続, コントローラIC：ST7032i)(注文番号：#27003)
　　　　　/注文日(2018/3/11)：ストロベリー・リナックス(\1,200(税込))

　　　・Raspberry Pi RTCモジュール -- "３．６．1 pi-top 開発環境の構築"で購入したものを使用
　　　　　I2C接続 DS3231使用 超高精度RTCモジュール/注文日(2018/1/2)：Amazon(\890(税込))

　　2 以下の写真について

　　　　以下の1枚目の写真は、Raspberry Pi 3です。2枚目は、Raspberry PiのACアダプターです。
　　　3枚目は、Raspberry Pi B+用のヒートシンクセットです。4枚目は、microSDHCカード(16GB)です
　　　5枚目は、ゴム足です。6枚目は、プラネジとスペーサーです。7枚目は、プラスチックケースです。
　　　8枚目は、電子ブザーです。9枚目は、I2Cキャラクタ液晶モジュールです。
　　　10枚目は、"３．６．1 pi-top 開発環境の構築"で購入したI2C RTCモジュールです。

　　　

　　　

　　　

　　　

　　　


３．実験,作成
　　　1.部品,回路について

　　　　　部品,回路について、Raspberry Pi 3を使用している為、内臓のプルアップ,プルダウン抵抗を使用し、時刻合わせは、
　　　　インターネットで自動的に行ない、アラーム時刻の設定は、パソコン,スマホのウェブブラウザで、設定します。
　　　　又、部品は、I2C接続のLCDパネル,RTCと、消費電流の少ない電子ブザーを使用しました。
　　　　又、WiFiでインターネットに接続する為、プラスチックケースを使用しました。
　　　　尚、Raspberry Pi 3は、シャットダウンを行なわずに電源を切断すると、データが壊れる可能性がある為、
　　　　シャットダウンボタンをつけました。シャットダウン後に、電源を切断する必要があります。

　　　　○参考書籍
　　　　　・カラー図解 最新 Raspberry Piで学ぶ電子工作 作って動かしてしくみがわかる(講談社)

　　　　　

　　　2.ＩｏＴアラームクロック 環境構築について

　　　　　"３．６．2 Raspberry Pi 3 開発環境の構築"と同様のRaspberry Pi 3の環境構築後、I2Cモジュールの
　　　　設定を行ないました。

　　　　�@I2C toolsのインストール
　　　　　　・sudo apt-get install i2c-tools

　　　　�AI2C RTCモジュールの設定
　　　　　　・/boot/config.txt の最後に次の行を追加する。
　　　　　　　　dtoverlay=i2c-rtc,ds3231
　　　　　　・ntpをntpdateに変更
　　　　　　　　sudo apt-get purge fake-hwclock
　　　　　　　　sudo apt-get purge ntp
　　　　　　　　sudo apt-get install ntpdate
　　　　　　・/etc/default/hwclockの変更
　　　　　　　　#HWCLOCKACCESS=yes → HWCLOCKACCESS=no
　　　　　　・cronの変更
　　　　　　　sudo crontab -e を実行して次の行を追加する。(12Hごとにntpdateする)
　　　　　　　　# m h dom mon dow command
　　　　　　　　0 0,12 * * * ntpdate ntp.nict.jp && hwclock -w
　　　　　　・/etc/rc.localの変更(起動時にRTCの時刻をシステム時刻を設定する)
　　　　　　　最後のexit 0 の行のすぐ上に下記を追加する。
　　　　　　　　/sbin/hwclock -s
　　　　　　　　sleep 20
　　　　　　　　/usr/sbin/ntpdate -b ntp.nict.jp && /sbin/hwclock -w

　　　　〇環境構築後のI2Cアドレス
　　　　　"3e"がLCDモジュール、"68"がRTCモジュールのI2Cアドレスです。

　　　　　　

　　　3.ＩｏＴアラームクロックプログラムについて

　　　　　WebIOPiを使用して、パソコン,スマホのウェブブラウザで、IoTアラームクロックのアラーム時刻設定を行なう事にしました。
　　　　又、ＩｏＴアラームクロック本体のプログラムはPython3で、アラーム時刻設定は、HTMLとJavaScriptで作成しました。
　　　　インターネットや書籍のプログラムを参考にして、プログラムを作成しました。

　　　　　�@ＩｏＴアラームクロック本体プログラムについて(script.py)
　　　　　　　初期処理で、設定ファイルの読み込みと、3つのマルチスレッド(LCD表示処理,アラーム処理,シャットダウン処理)を
　　　　　　実行しています。又、ＩｏＴアラームクロック設定ページの設定ボタンが押されると、上下限チェックと、設定ファイルの
　　　　　　書き込み処理が行なわれます。又、シャットダウンボタンを3秒以上押すと、LCDに"Shutdown !"が表示され、
　　　　　　シャットダウン処理が開始されます。シャットダウンボタンを離すと、時刻表示に戻ります。LCDの時刻停止後、
　　　　　　約10秒後にシャットダウン処理が完了します。尚、プログラム中のLCD制御関数は、参考書籍の
　　　　　　"カラー図解 最新 Raspberry Piで学ぶ電子工作 作って動かしてしくみがわかる(講談社)"のプログラムを
　　　　　　流用しました。

　　　　　�AＩｏＴアラームクロック アラーム時刻設定プログラムについて(index.html)
　　　　　　　ＩｏＴアラームクロック本体プログラムのマクロ関数で、アラーム時刻(時),アラーム時刻(分),アラーム長(分)の
　　　　　　読み込みを行ない、値の変更後、設定ボタンを押すと、設定ファイルの書き込み,上下限チェック,アラーム時刻の
　　　　　　再読み込みを行ないます。

　　　　　�BＩｏＴアラームクロックWebIOPi設定について(config)
　　　　　　　WebIOPiのconfigファイルの変更箇所は、[SCRIPTS]セクションのmyscriptのパス名と、[HTTP]セクションの
　　　　　　doc-rootのパス名です。

　　　　　○ＩｏＴアラームクロックプログラム
　　　　　　　・ＩｏＴアラームクロック本体プログラムリスト(/usr/share/webiopi/htdocs/iotalarmclock/script.py)
　　　　　　　・ＩｏＴアラームクロック アラーム時刻設定プログラムリスト(/usr/share/webiopi/htdocs/iotalarmclock/index.html)
　　　　　　　・ＩｏＴアラームクロックWebIOPi設定(/etc/webiopi/config)
　　　　　　　・ＩｏＴアラームクロックプログラム(iotalarmclock：03060301P.zip)

　　　4.以下の写真について

　　　　　1枚目のパソコン画面は、WiFiでのリモートデスクトップのＩｏＴアラームクロックのプログラミング環境です。2枚目のiPhoneの画面は、
　　　　ＩｏＴアラームクロックのアラーム時刻の設定画面で、iPv6インターネット経由で接続しています。問題なく操作ができます。
　　　　3〜6枚目の写真は、ＩｏＴアラームクロックのケース加工の状態です。7〜9枚目は、外部機器とRaspberry Pi 3を接続する基板です。
　　　　10枚目は、ケースにRaspberry Pi 3,基板の取り付け、ケーブル配線を完了した状態です。11枚目はアラームSWがOFFのLCD表示で、
　　　　12枚目はアラームSWがONのLCD表示です。13枚目はシャットダウンボタンを3秒以上押し続けて、シャットダウン処理が開始した
　　　　LCD表示です。14〜15枚目は、ＩｏＴアラームクロックの外観です。16枚目は、iPhoneでＩｏＴアラームクロックのアラーム時刻を
　　　　設定中の状態です。

　　　　　　

　　　　　　

　　　　　　

　　　　　　

　　　　　　

　　　　　　

　　　　　　

　　　　　　

　　　　　　


４．感想

　　　今回は、Raspberry Pi 3を使用して、ＩｏＴアラームクロックを作成しました。パソコン,スマホのウェブブラウザで、
　　アラーム時刻設定ができるようにしました。Raspberry Pi 3を使用すれば、ＩｏＴマイコン装置が作成できます。
　　今後もRaspberry Pi 3で、ＩｏＴマイコン装置を作成しようと思います。






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