PowerPoint プレゼンテーション

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Raspberry Piで始める電子工作

作成日：2016年11月03日 作成者：佐藤春菜

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構成

自己紹介 RaspberryPiとはラズパイで始める電子工作～開発環境の準備～ラズパイで始める電子工作～LEDの点滅～ラズパイで始める電子工作～人感センサで取得～ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～ラズパイで始める電子工作～実際に動かしてみる～まとめ引用・参考資料

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自己紹介

名前：佐藤春菜入社：2014年6月言語：Java、（大学時代に）C、C＃趣味・好きなこと、最近のこと：・美術鑑賞（バロック絵画。最近は印象派もすきです）・音楽鑑賞（ロキノン・クラシックをよく聴きます）・アニメ鑑賞（今期はSB69が面白いとおもいます）・日本酒（よくのみます）いちおう部員・TG部とか英会話とかもたびたび出没します。帰社率高めです・好きなポケモンはリザードンとニンフィアとジバコイルとルチャブル・最近Pythonの勉強始めました！

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RaspberryPiとは

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RaspberryPiとは

◆Wikipediaから拾ってきた情報によると・・・ RaspberryPi（ラズベリーパイ）は、 ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータイギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている初期モデルは2012年2月29日に発売売り上げ台数は累計800万台以上（2016年2月29日時点）日本ではラズパイとも呼ばれる（以降はラズパイ表記）

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RaspberryPiとは

◆現在までに発売されているモデル一覧 Raspberry Pi 1 Model A ※現在販売終了 Raspberry Pi 1 Model A+ Raspberry Pi 1 Model B ※現在販売終了 Raspberry Pi 1 Model B+ Raspberry Pi 2 Model B Raspberry Pi 3 Model B Compute Module Raspberry Pi Zero

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RaspberryPiとは

◆現在までに発売されているモデル一覧 Raspberry Pi 1 Model A ※現在販売終了 Raspberry Pi 1 Model A+ Raspberry Pi 1 Model B ※現在販売終了 Raspberry Pi 1 Model B+ Raspberry Pi 2 Model B Raspberry Pi 3 Model B Compute Module Raspberry Pi Zero ★今回使用するモデル最新版入手しやすい比較的高性能

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RaspberryPiとは

図：Raspberry Pi 3 Model B 発売日 2016年3月

価格 35ドル（約3700円） CPU ARM Cortex-A53

4コア 1.2GHz(64bit) メモリ 1GB USBポート 4 ネットワークありストレージ microSDカード大きさ 85.60 mm × 56.5 mm 重量 45 g 消費電力 1.4A (7W) 最大 2.5A (12.5W) ◆Raspberry Pi 3 Model Bのスペック

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RaspberryPiとは

◆実物

ＩＣ・クレジットカードと同じ大きさ！

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RaspberryPiとは

◆ラズパイで作れるもの

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RaspberryPiとは

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RaspberryPiとは

ロボット

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RaspberryPiとは

ロボット

デジタルカメラ

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RaspberryPiとは

◆ラズパイで作れるものロボットデジタルカメラタブレットスパコン

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RaspberryPiとは

◆ラズパイで作れるものロボットデジタルカメラタブレットスパコン ◆作ろうと思えばなんでも何でも作れちゃう！それがラズパイの魅力

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RaspberryPiとは

◆ということで、本発表の目的

ラズパイを利用した電子工作を発表することにより

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RaspberryPiとは

◆今回作成するもの 12月っぽくクリスマスの電飾を作る赤とか青とか緑とか、色ごとにばらけて点滅する人間を感知したら点滅が始まる（人感センサー利用）人気がなくなったら点滅を止める

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ラズパイで始める電子工作

～開発環境の準備～

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ラズパイで始める電子工作～開発環境の準備～

◆ラズパイ初期セットアップに必要なものラズパイ本体 Raspberry Pi 3 Model B ラズパイ用ケース（なくてもいいけどあると良し） USB電源アダプタ＆マイクロUSBケーブルディスプレイ（テレビで代用可能） HDMIケーブル有線キーボード有線マウス MicroSDカード（8GB以上推奨）

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ラズパイで始める電子工作～開発環境の準備～

◆Amazonで買い揃えた場合の予算ラズパイ本体 Raspberry Pi 3 Model B ⇒4,585円ラズパイ用ケース ⇒780円 USB電源アダプタ＆マイクロUSBケーブル ⇒0円（家にあるやつ）ディスプレイ（テレビで代用） ⇒0円（家略） HDMIケーブル ⇒0円（家略）有線キーボード ⇒0円（家略）有線マウス ⇒0円（家略） MicroSDカード（16GB） ⇒680円 20

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ラズパイで始める電子工作～開発環境の準備～

◆OSのインストール・MicroSDにOS Raspbian（ラズビアン）をインストールする公式HPにアクセスする https://www.raspberrypi.org/ downloads/ NOOBS（ヌーブス）を選択する

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ラズパイで始める電子工作～開発環境の準備～

◆OSのインストール・LITEはOSが含まれていないため、NOOBSを選択 NOOBSの"download ZIP"を選択 ※約1GBあり。 DLに時間がかかる完了後、MicroSDにコピー

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ラズパイで始める電子工作～開発環境の準備～

◆ラズパイ初期設定写真の通りに周辺機器を接続電源ケーブルを接続するとラズパイが起動画面に出てくる指示に従いセットアップする！電源ケーブルを差す USBポートにはマウスとキーボードを接続有線環境の場合 LANケーブルを接続 HDMIケーブルを接続

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ラズパイで始める電子工作～開発環境の準備～

◆ラズパイ初期設定あとは日本語設定に変更したり。。。パスワード変更したり。。。必要なソフトウェア入れたり。。。パッケージのアップデートしたり。。。ネットで「ラズパイセットアップ」で検索すればいろいろでてきます。使いやすいようにカスタマイズしましょう！

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ラズパイで始める電子工作～開発環境の準備～

◆今回使用する言語「Python」（いまだに発音わかりません） Python（パイソン）は、汎用のプログラミング言語コードがシンプルで扱いやすいプログラム実行はインタプリタ方式最新バージョンは3.5（2015年9月13日リリース） Windows、Linux/Unix、Mac OS Xなどの主要なオペレーティングシステムはもちろん、 Javaや.NETなどの仮想環境でも動作する

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ラズパイで始める電子工作～開発環境の準備～

◆Pythonのインストール Windows ・以下ＵＲＬから適切なものを選択し、インストールする http://www.python.org/ Rasbian ・標準でPythonが入っているため、インストール不要

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ラズパイで始める電子工作～開発環境の準備～

◆実行形式 Windowsで実行する場合 Linux系OSで実行する場合 # Python2で起動 $ python ファイル名.py # Python3で起動 $ python3 ファイル名.py # Python3で起動 > python ファイル名.py

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ラズパイで始める電子工作

～LEDの点滅～

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ラズパイで始める電子工作～LEDの点滅～

◆初めての電子工作、「Ｌチカ」をやってみる

Ｌチカとは名前の通りＬＥＤライトをチカチカ点滅させることＩｏＴ界における ”Hello, world!” にあたる

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ラズパイで始める電子工作～LEDの点滅～

◆材料を揃える・LED ・抵抗・ブレッドボード・ジャンプワイヤ（オスメスケーブル）大体Amazonほかオンラインショップで買い揃えられるラズパイ工作向けキット（上記全部入り）も発売されている

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ラズパイで始める電子工作～LEDの点滅～

◆秋月電子通商で買い揃えた場合の費用・LED（1個あたり40円）・抵抗（1個あたり1円）・ブレッドボード（300円程度）・ジャンプワイヤ（オスメスケーブル）（1本あたり20円）

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ラズパイで始める電子工作～LEDの点滅～

◆LED

長い方が＋、短い方が－

色を指定できるフルカラーLEDや LEDテープなどがある。

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ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

◆抵抗 LEDには流していい電力が決まっている（抵抗なしで必要以上の電流を流すとLEDは壊れてしまう）今回は330Ωのものを使用 GPIOピンの電圧：3.3V 抵抗に加わる電圧：3.3 – 2.6～2.7 = 0.6～0.7V 2mA流した場合：

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ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

◆ブレッドボード

はんだづけせずに電子回路組みを試すことができる基盤

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ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

◆ジャンプワイヤ

ラズパイとブレッドボードを接続するのに必要

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ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

◆電子回路を組むラズパイのピンはそれぞれ役割が異なる 1番・17番は3.3Vの電源 2番・4番は5Vの電源黒丸はGND（接地） GPIOピンから回路に電源をとり、最後はGNDに戻すピン番号表記 GPIO表記

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ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

◆電子回路を組む。ただ単純に光らせるだけなら・・・＋極－極抵抗 LED 【接続】 1番のピンから3.3Vの電源をとる抵抗、LEDが直列になるように接続する最後にGNDに電流を逃がすように接続電源から供給

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ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

◆電子回路を組む。目的はLピカではなくLチカ！＋極－極抵抗 LED 【接続】 GPIO2から出力を制御抵抗、LEDが直列になるように接続する最後にGNDに電流を逃がすように接続 GPIO2 「電圧流す」

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ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

◆電子回路を組む【ブレッドボード】抵抗：c1-c4 LED：e4(+)-e5(-) 【ブレッドボードとラズパイ】ジャンパーワイヤ（赤）： a1-ピン番号3(GPIO 2) ジャンパーワイヤ（黒）： a5-ピン番号6(GND) ＬＥＤ抵抗電気の流れる向き

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ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

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ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

◆Ｌチカサンプルプログラム（demo1.py）一部抜粋 # GPIO番号指定 GPIO.setmode(GPIO.BCM) #・・・① # GPIO2出力指定 GPIO.setup(2, GPIO.OUT) #・・・② ①GPIO番号指定モードの設定を行うボードピン番号で指定する場合は以下の通り記述 GPIO.setmode(GPIO.BOARD) ②GPIOの入出力の設定を行う引数1にピン番号（GPIO番号）、引数2に入出力の設定今回は出力指定

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ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

◆Ｌチカサンプルプログラム（demo1.py）一部抜粋 try: while True: GPIO.output(2, GPIO.HIGH) #・・・③ sleep(1) GPIO.output(2, GPIO.LOW) #・・・④ sleep(1) except KeyboardInterrupt: #・・・⑤ pass GPIO.cleanup() #・・・⑥ ③④ピンの電圧を指定・HIGH(3.3V) ⇒LEDを光らせる・LOW(0V) ⇒LEDを光らせない ⑤ユーザが割り込みキー（Ctrl+cとか）を押下したときに発生 ※passは処理を行わない ⑥GPIO設定をリセット

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ラズパイで始める電子工作～LEDライトの点滅～

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ラズパイで始める電子工作

～人感センサで取得～

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ラズパイで始める電子工作～人感センサで取得～

◆人感センサ焦電型赤外線センサモジュール今回使用するのは以下スペック・最大検知距離：３～５ｍ・検知角度：１００度

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ラズパイで始める電子工作～人感センサで取得～

◆電子回路を組む【ブレッドボードとピン番号の紐づけ】 c8-ピン番号6(GND) c9-ピン番号12番(GPIO18) c10-ピン番号4番(5vの電源) 人感センサレンズのついていないほうがa側

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ラズパイで始める電子工作～人感センサで取得～

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ラズパイで始める電子工作～人感センサで取得～

◆人感センササンプルプログラム（demo2.py）一部抜粋 try: while True: if GPIO.input(18)==1: #・・・① log() sleep(1) except KeyboardInterrupt: pass ①ピンの電圧状態を読み取る

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ラズパイで始める電子工作

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ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

◆準備したものラズパイセット LED（赤×5、青×5、緑×5）人感センサ抵抗（330Ω×3）ブレッドボードジャンプワイヤ（たくさん）はんだづけセットクリスマスツリー

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ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

◆費用内訳ラズパイセット 6,000円程度 LED（赤×5、青×5、緑×5） 300円程度人感センサ 500円程度抵抗（330Ω×3） 3円程度ブレッドボード 300円程度ジャンプワイヤ（たくさん） 500円くらい？はんだづけセット 3,000円程度クリスマスツリー 1,000円程度

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ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

◆電子回路を組む前に LEDをたくさん光らせたいが、GPIOには限りがあるため赤・緑・青の3パターンで光るタイミングが異なるように実装順番は赤⇒緑⇒青上記よりつなぎ方は並列。※直列だと電圧を多く必要とするはんだづけでうまくやるちなみに、シフトレジスタを用いれば個別にLEDの点滅を制御できるらしいです（今回は不使用）

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ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

◆電子回路を組む【ピン番号の紐づけ（電飾赤）】 a15-ピン番号36(GPIO16) a19-適当なGND 【ピン番号の紐づけ（電飾緑）】 a20-ピン番号38(GPIO20) a24-適当なGND 【ピン番号の紐づけ（電飾青）】 a25-ピン番号40(GPIO21) a29-適当なGND

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ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

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ラズパイで始める電子工作

～実際に動かしてみる～

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ラズパイで始める電子工作～実際に動かしてみる～

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ラズパイで始める電子工作～実際に動かしてみる～

◆所感

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ラズパイで始める電子工作～実際に動かしてみる～

◆原因

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ラズパイで始める電子工作～実際に動かしてみる～

◆ということで買ってしまったフルカラーLED（ここからは番外編）１つのＬＥＤで３原色を発光する色を混ぜることでフルカラーを表現可能一個50円程度

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ラズパイで始める電子工作～実際に動かしてみる～

◆ということで買ってしまったフルカラーLED（ここからは番外編）左１：緑の出力左２：青の出力右２：－極（カソード）右１：赤の出力

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ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

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ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

◆電飾用サンプルプログラム（demo4.py）一部抜粋 # パターン1のGPIO番号 red_pin1 = 5 green_pin1 = 6 blue_pin1 = 12 # パターン2のGPIO番号 red_pin2 = 13 green_pin2 = 19 blue_pin2 = 26 # パターン2のGPIO番号 red_pin3 = 16 green_pin3 = 20 blue_pin3 = 21 # 出力指定 GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(red_pin1, GPIO.OUT) GPIO.setup(green_pin1, GPIO.OUT) GPIO.setup(blue_pin1, GPIO.OUT) GPIO.setup(red_pin2, GPIO.OUT) GPIO.setup(green_pin2, GPIO.OUT) GPIO.setup(blue_pin2, GPIO.OUT) GPIO.setup(red_pin3, GPIO.OUT) GPIO.setup(green_pin3, GPIO.OUT) GPIO.setup(blue_pin3, GPIO.OUT)

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ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

◆電飾用サンプルプログラム（demo4.py）一部抜粋 # PWMの指定 red1 = GPIO.PWM(red_pin1, 50) #・・・① green1 = GPIO.PWM(green_pin1, 50) blue1 = GPIO.PWM(blue_pin1, 50) red2 = GPIO.PWM(red_pin2, 50) green2 = GPIO.PWM(green_pin2, 50) blue2 = GPIO.PWM(blue_pin2, 50) red3 = GPIO.PWM(red_pin3, 50) green3 = GPIO.PWM(green_pin3, 50) blue3 = GPIO.PWM(blue_pin3, 50) ①パルス幅変調の処理

(Pulse Width Modulated)

引数2でデューティ比を指定する電気のオンとオフの時間の割合を半分に指定 ※疑似アナログ制御ラズパイのGPIOはデジタル出力のため値は0と1（ON/OFF）のどちらか 1周期の中でONにしている時間とOFFにしている時間の比率（デューティ比）を使うことで 0～100%の値を扱うことができるようになる ⇒色相・明暗の調整が可能

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ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

◆電飾用サンプルプログラム（demo4.py）一部抜粋 # 初期の色調設定 red1.start(100) #・・・② green1.start(0) blue1.start(0) red2.start(0) green2.start(100) blue2.start(0) red3.start(0) green3.start(100) blue3.start(0) sleep(T) ②初期の色設定パターン１：赤パターン２：緑パターン３：青

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ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

◆電飾用サンプルプログラム（demo4.py）一部抜粋 try:

while True:

# 1：緑 2：青 3：紫 #・・・③

change_Led_Color(red1, green1, blue1, 0, 100, 0)

change_Led_Color(red2, green2, blue2, 0, 0, 100) change_Led_Color(red3, green3, blue3, 50, 0, 50) sleep(T) ③初期の色設定から変化させるパターン１：赤→緑パターン２：緑→青パターン３：青→紫 ④ChangeDutyCycleでデューティ比を変更 # 色調変化

change_Led_Color(red, green, blue, v1, v2, v3): red.ChangeDutyCycle(v1) #・・・④

green.ChangeDutyCycle(v2) blue.ChangeDutyCycle(v3)

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ラズパイで始める電子工作～クリスマス電飾プログラム～

◆RGBを指定して作れる色（ざっくり）

備考：

RGB指定をするとこのような結果が得られる（はず）

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ラズパイで始める電子工作～実際に動かしてみる～

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ラズパイで始める電子工作～実際に動かしてみる～

◆所感想像したよりもしょぼい出来の良いものになった！ Pythonの勉強も電子工作も楽しかった！（小並感）いろいろ買い揃えるとお金がかかる＆こだわりすぎると終わらない人感センサーの認識がやや甘い？（設定はいろいろできるみたい） Kinectみたいに骨格認識やカメラからフェイストラッキングしたほうが認識精度高そうで良いかもあんまりPythonが有効活用できていない

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まとめ・今後の展望

◆まとめ小型で安価なマイコン、ラズパイはアイディア次第で様々な電子工作が楽しめる初心者向けにキットが発売されていたり、ネットの海にはサンプルソースがごろごろ転がっているので敷居は低いボーナスも出るし、冬期休暇にラズパイの電子工作にチャレンジしてみませんか？

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まとめ・今後の展望

◆今後の展望（挑戦してみたいこと）来年のクリスマスも機会があれば再チャレンジしたい（音声出力とか、フルカラーＬＥＤテープとか。。。）せっかくPythonの勉強を始めたので、今度は機械学習について理解を深めたいまた発表する機会があれば、音声認識・音声出力、表情認識に関する成果物を発表したい！

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引用・参考資料

Raspberry Pi 公式サイト https://www.raspberrypi.org/ Python 公式サイト www.python.jp/ Raspberry Pi - Wikipedia https://ja.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi Python - Wikipedia https://ja.wikipedia.org/wiki/Python IT女子のラズベリーパイ入門奮闘記 http://deviceplus.jp/category/hobby/raspberrypi/

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引用・参考資料

悪魔のロボットも作れる？ロボット制御ができる「ラズベリーパイ」とは【導入編】 https://liginc.co.jp/217398

第20回 LEDに接続する抵抗値を計算する

第26回 Raspberry PiのGPIOを制御する (Python編) https://tool-lab.com/make/raspberrypi-startup-20/ https://tool-lab.com/make/raspberrypi-startup-26/

Raspberry Piに焦電型赤外線（人感）センサーを接続してみた (Python) http://qiita.com/aryoa/items/72c40f241f868e25eb71

Raspberry Pi × Wiring Pi でクリスマスツリーを作ってみた【準備編】 (c言語) https://amg-solution.jp/blog/4557

小型PC「ラズベリー・パイ」で自作した神作品10選の猛者たちが天才過ぎる！ http://plus.appgiga.jp/masatolan/2014/05/01/52120/

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