プログラミング言語

【子供向け】Raspberry Pi(ラズベリーパイ)のことゼロから教えます

ラズベリーパイってなに?美味しそう!
Windowsとどこが違うの?何ができるの?
子ども用のコンピューターとして使うための準備は?

こちらでは、ラズベリーパイのすごいところからお子さん向けの使い方まで、やさしく解説します。

ラズベリーパイってなに?


引用元:国内正規販売代理店Raspberry Pi Shop by KSY HP

Raspberry Pi (ラズベリーパイ)は2012年に、カード型サイズの教育用コンピューターとしてイギリスで生まれました。通称「ラズパイ」とよばれます。2019年末には3000万台の出荷を達成し、世界で最も売れている最高級のマイコンボードとよぶ人もいます。

教育用と冠しながらも、日本ではまだ一般家庭のお子さんに広く普及するには至っていません。むしろ、学生や電子工作ファン、仕事でラズベリーパイを使うエンジニアが多いことが、売れている理由のひとつと言われています。

ちなみに、Raspberry Piのラズベリーは、Appleのように果物の名前を、パイはプログラミング言語Pythonからとったといわれています。

ラズベリーパイのどこが「最高級」なの?

ラズベリーパイは他のマイコンボードと比べてどこがすごいのでしょう?

それは、Arduinoなどが一度に一つのプログラムしか実行できないのに対し、ラズベリーパイはOSを使って複数のプログラムを同時に実行できる点です。

2019年11月に日本国内で発売開始された最新のRaspberry Pi 4 model Bは、処理スピード・メモリー・機能面でノートパソコンやタブレットに近づいたハイスペックバージョンで、しかも小型で低価格なので、未来のIoT(Internet of Things)のスマート家電向けのビジネスユースとしても大きな期待をされています。

ラズベリーパイはパソコンの代わりになるの?

ラズベリーパイはハイスペックになったものの、いわゆる一般的なパソコンの小型版ではありません

ハード構成が違う

ラズベリーパイは、シングルボードコンピュータです。

Raspberry Pi 4 model Bの構成は、

CPU:1.5GHz quad-core ARM Cortex-A72

メモリ:2GB~8GB

ストレージ:microSD

で、ARM社のCortex-A72はスマホ向けのCPUです。

このプロセッサはRISCアーキテクチャなので、一般のパソコンに搭載されているプロセッサ(CISCアーキテクチャ)とは互換性がありません

Windows でも Mac でもない

OSは、Raspberry Pi OS(旧名称:Raspbian)です。

Raspberry Pi OSは操作方法や見た目がWindowsと似ていますが、LinuxのDebianというOSがもとになっています。すなわちWindowsでもMacでもないコンピューターです。

NOOBSという公式OSインストーラーの中には、Windows10 IoT Coreがあります。
これはWindows10を冠していますが、IoTに特化したOSのコア部分だけの提供です。

皆さんがよく知っているWindows10はラズベリーパイでは動作しませんのでご注意ください。

自作PCっぽい?

ラズベリーパイ本体は、むき出しのボードです。

コンピューターとして使うためには、本体の他に、モニター、キーボード、マウス、ケーブルなどの周辺機器とつなぎ、さらにOSのインストールが必要です。

この点では自作PCに似ていますが、組み立ては自作PCより簡単です。

2台目のデスクトップパソコンとして使える?

Raspberry Pi 4 model Bは、それまでの電子工作用としてだけでなく、デスクトップ環境として使うことが可能なスペックになりました。

WordやExcelは載せられませんが、文書を編集するソフトはありますので、ビジネス用途でなければ使えます。また、インターネットも使えます。

常にディスプレイとキーボードとマウス、そして外付けHDDなどをつなげば、家庭用の2台目デスクトップとして使える程度の位置づけなってきました。

ラズベリーパイをお子さんが使うには

このようにラズベリーパイは多機能ですが、

マイコンボードとしてはできることが多すぎる

電子工作にたどり着くまでの設定に手間がかかる

子ども向けコンテンツが少ない

という点で、初心者やお子さんにとってはまだまだハードルの高いコンピューターです。

逆に、そばに電子工作やラズベリーパイを指導できる大人がいる、あるいは、お子さん本人が自分で調べて使いこなすスキルがあり、micro:bitやArduinoではもの足りなくなったなら、ラズベリーパイは大変おすすめです。

ラズベリーパイの価格は? 

本体は設計思想より、$35とされています。Pi 3 も Pi 4 も、最低メモリのものは$35で販売されています。

国内価格は以下の通りです。

Raspberry Pi 4 Model B/4GB :6,820円

Pi 4 B 4GB スターター キット V3 オンライン教材つき:11,440円

(キット以外にUSBキーボード・マウス、モニターの準備が必要です)

※価格は2021年1月現在

どこで買えるの?

店頭なら電子パーツ店などで販売されています。

通販の場合、個人向け国内正規販売代理店 Raspberry Pi Shop by KSYをはじめ、多くのサイトで扱っています。

電波法に基づく技術基準適合証明・工事設計認証(技適マーク)のあるものを購入しましょう。また、ヒートシンクが同梱されていない場合は別途購入することをおすすめします。

2020年11月には、イギリスでRaspberry Pi 400が発表されました。これは、キーボードにラズベリーパイの機能を内蔵した新しいスタイルのラズベリーパイです。
日本向けモデルの発売も2021年春に予定されています。

ラズベリーパイの種類は?

ラズベリーパイには大きく分けて2つの系統があります。ひとつはフルサイズのModel B系統で、2021年現在の最新はRaspberry Pi 4 model Bです。
もうひとつはこれを
小型化したZero系統です。

Raspberry Pi Zero W は、お菓子のFRISKのケースより小さいサイズです。第一世代 Raspberry Piの性能で、Wi-FiやBLE(Bluetooth Low Energy)も搭載しており、ACアダプタを使わずモバイルバッテリなどで動作します。

ラズベリーパイでなにを学ぶの? 

いちおしは電子工作&プログラミング

お子さんがラズベリーパイを使うなら、電子工作をしながらプログラミングを学んでみましょう。

ラズベリーパイでは標準で「Scratch」「Python」「Java」が使えますもちろん「C」や「C++」を扱うことも可能です。

また、数式処理システムで有名な「Mathematica」や大人気ゲーム「Minecraft」もRaspberry Pi版を、制限つきながら無償で使うことができます。

電気の基本知識や電子回路も学べる

電子工作をするために必ず必要なのが、電気の基本知識や電子回路の作り方の知識です。
お子さんがこれらの知識を学びながらプログラミングの学習もできるのが、ラズベリーパイの素晴らしいところです。

ラズベリーパイを使ってみよう

準備するもの

改めて、Raspberry Pi 4 model Bをセットアップするために必要なものを確認しましょう。

必要なものは、以下のような部品です。

  • 本体(Raspberry Pi 4 model B)
  • microSDカード
  • SDカードリーダー
  • USB(Type-C)電源アダプタ
  • MicroHDMI to HDMIケーブル
  • 冷却ファン
  • ヒートシンク
  • Raspberry Pi 4 model B用ケース
  • モニター
  • USBキーボード
  • USBマウス
  • WindowsやMacなどのパソコン(リモート接続してパソコンからラズベリーパイを操作することができます)

どれを揃えればいいのかよくわからないという方はスターターキットがおすすめです。

セットアップをしよう

ラズベリーパイにはセットアップの仕方がいくつかありますが、2021年現在一番やりやすいインストール方法は、公式のRaspberry Pi Imagerで書き込むやり方です。

電子工作やマインクラフトでプログラミングを学ぼう

GPIOピンのやりとりをプログラムで制御

電子工作の学習では、基本のLチカと呼ばれる電流の小さいものの制御から、モーターのような電流の大きいものの制御へ・スイッチやリレースイッチの制御・センサから取り込んだデータの表示などを学んでいきます。

その橋渡しとなるのが、「GPIO」と呼ばれるコネクタです。

ラズベリーパイのGPIOコネクタにはピンが40本あります。
このGPIOを通じて電気信号を送受信することで、様々なデバイスの制御が可能になります。
例えば、LEDを点滅させたり、スイッチが押されたかどうかを確認したり、センサから温度を取得するなどです。これらの制御をプログラムで行います

Minecraft でプログラミング

ラズベリーパイでは無料版の「Minecraft」が利用可能で、 プログラミングインターフェースも備えています。 

ただし、Minecraft Pi Editionはクリエイティブのみ・クラフトや製錬ができないなど、機能が限定されています。また、2016年1月以降はサポートされていませんのでご注意ください。

ラズベリーパイの脆弱性も知っておこう

静電気に弱い

ラズベリーパイは静電気に弱いので、損傷する恐れがあります。触るときは慎重に、静電気防止手袋を着けるなど注意をしましょう。

OSがクラッシュ

ラズベリーパイも一般のパソコンと同様、OSを終了させてから電源を切りますが、然電源が落ちるとOSがクラッシュしてしまうことがあります。

リアルタイムクロックがない

ラズベリーパイはRTC(リアルタイムクロック)を備えていないため、動作ログの取得やタイマー動作を内部的に行えません

回路設計でも注意しよう

回路設計では電圧と電流に十分注意しましょう。GPIOピンが扱える電圧や電流には制限があり、この制限を超えると破損してしまいます。

また、部品の発熱や爆発などで怪我や火事など事故のもとになることもありますので、十分に注意してください。

おすすめの本

本を購入する場合は、Raspberry Pi 4に対応したものを購入しましょう。

 《これ1冊でできる! ラズベリー・パイ 超入門 改訂第6版福田 和宏 著

ラズベリーパイの操作・設定方法・プログラムなど、幅広く書かれている入門書です。
ラズベリーパイでどんなことができるのか、電子回路やモジュールを動作させる方法などの基本を把握することができます。

ラズパイ4対応 カラー図解 最新 Raspberry Piで学ぶ電子工作金丸 隆志 著

電子工作の超初歩的な演習である「Lチカ」(LEDライトをチカチカと点灯させる)から、温度センサ、モーター、液晶ディスプレイなどの超定番パーツを用いる演習、スマホやタブレットと連携させた応用演習まで、ラズベリーパイを使った電子工作を基礎から学べます

ラズベリーパイのこれから

ラズベリーパイは、教育用の低価格のボードとして生まれましたが、そのコンパクトさと多機能さで、これからはIoTでの活用が期待されています

IoTとは、従来のパソコンやサーバーだけでなく、すべてのものがインターネットにつながる技術革新のことです。
これが進めば、留守中の家に誰かが侵入したら知らせてくれたり、外出先からお風呂を沸かす指示を出したりするなどの「
遠くのものの状態を知る」ことや「遠くのものを操作する」ことができるようになります。

このように、ラズベリーパイは身近な暮らしをもっと便利にしてくれる大きな可能性を持っています。

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さいごに

お子さんが「ラズパイが欲しい」と言い出したらしめたもの。

それは、コンピューターをただの道具として使うのではなく、新しいものを作りたい意欲が拡がってきたサインです。
ラズパイで、家の中をまるごと自作スマート家電の実験場にさせてあげましょう。