Raspberry Pi + Ubuntu + .NET Core で GPIO「Part1 OS 環境構築」

SD カードの準備

使用した OS イメージは Raspberry Pi 用の Ubuntu Server 22.04 LTS ubuntu-22.04-preinstalled-server-arm64+raspi.img.xz
ここから入手します。
https://ubuntu.com/download/raspberry-pi

書き込みは Raspberry Pi Imager
ここから入手します。
https://www.raspberrypi.org/software/

OS の構成

日本語キーボードレイアウト

以下のコマンドでツールを起動して

$ sudo dpkg-reconfigure keyboard-configuration

以下の順に選択していきます。
Generic 105-key PC
Japanese
Japanese
The default for the keyboard layout
No compose key
しばらく待って

$ sudo reboot

Wi-Fi 接続

/etc/netplan/ に設定ファイルを追加します。

$ sudo vi /etc/netplan/99-network-config.yaml

中身は以下のようなかんじ。

network:
    wifis:
      wlan0:
        optional: true
        dhcp4: true
        access-points:
          "MySSID":
            password: "PassW0rd!"
    version: 2

変更を反映します。

$ sudo netplan apply

IP アドレスの割り当てなどを確認します。

$ ip address show

諸々の更新

これはお決まりですね。

$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade

ツール類

raspi-config

raspi-config をインストールします。以下のサイトを参考にさせて頂きました。
Raspberry Pi 4B を自宅 (Ubuntu) サーバにする - yamk blog

$ sudo su -
# echo "deb http://archive.raspberrypi.org/debian/ buster main" >> /etc/apt/sources.list
# apt-key adv --keyserver hkp://keyserver.ubuntu.com:80 --recv-keys 7FA3303E
# apt update
# apt install raspi-config
# exit
$

raspi-config で I2C の ON/OFF などの設定ができるらしいです。

i2c-tools

i2c-tools をインストールします。

$ sudo apt install i2c-tools

このように、接続を確認できて便利っぽいです。

$ sudo i2cdetect -y 1
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 3c -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 5c -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --

ASP.NET Core Runtime

インストール

• ランタイムの .tar.gz ファイル を公式サイトから入手します。

  • x86-64 システムでは可能な apt による方式は、現時点で ARM64 非対応
  • ここで使用したのは以下のファイル
    • aspnetcore-runtime-6.0.7-linux-arm64.tar.gz

• お好きなインストール先へ展開します。

$ sudo mkdir -p /bin/dotnet6
$ sudo tar zxf aspnetcore-runtime-6.0.7-linux-arm64.tar.gz -C /bin/dotnet6

環境設定

システムへのパス設定

• /etc/profile.d 内に export-dotnet.sh ファイルを新規作成します。

export DOTNET_ROOT=/bin/dotnet6
export PATH=$PATH:$DOTNET_ROOT

• 再起動。

$ sudo reboot

• 確認。

$ dotnet --info

global.json file:
  Not found

Host:
  Version:      6.0.7
  Architecture: arm64
  Commit:       0ec02c8c96

.NET SDKs installed:
  No SDKs were found.

.NET runtimes installed:
  Microsoft.AspNetCore.App 6.0.7 [/usr/bin/dotnet6/shared/Microsoft.AspNetCore.App]
  Microsoft.NETCore.App 6.0.7 [/usr/bin/dotnet6/shared/Microsoft.NETCore.App]

Download .NET:
  https://aka.ms/dotnet-download

Learn about .NET Runtimes and SDKs:
  https://aka.ms/dotnet/runtimes-sdk-info

sudo のパス設定

• sudo のときもパスが通るようにするため、 /etc/sudoers の secure_path にパスを書き加えます。/etc/sudoers を破壊するとたいへんな事になるので visudo を使うらしいです。

$ sudo visudo

• /bin/dotnet6 を書き加えています。

Defaults        secure_path="/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/snap/bin:/bin/dotnet6"

• 確認。

$ sudo dotnet --info

global.json file:
  Not found

...省略...

HC-SR501 赤外線感応モジュール

HiLetgo® 3個セット HC-SR501人体赤外線感応モジュール 人体の赤外線の感応器 [並行輸入品]

データシート

https://www.mpja.com/download/31227sc.pdf

外観

I/O

• VCC
  • 4.5～20V
• OUT
  • トリガー中 3.3V
  • 非トリガー 0V

動作

トリガー

• 赤外線を感知するとトリガー状態に遷移
• トリガーの終了パターンは Jumper 設定により異なる

ブロッキングタイム

• トリガー終了から次のトリガーまで2.5秒の待機時間があり、この間は感知しない
• 設定可能と書いてあるが、設定方法は？？？

設定

Jumper 設定

• H: Repeat Trigger
  • トリガー中に赤外線を感知すると、トリガー時間を延長する
  • 時間延長は、単純に0から再カウント
• L: Single Trigger
  • 一度トリガーすると、設定時間経過後にいったん終了する
  • トリガー中の赤外線感知は無視

感度ボリューム

• 写真左のボリュームで設定（左回転マイナス／右回転プラス）
• おおよそ 3m～7m の範囲

トリガー時間ボリューム

• 写真右のボリュームで設定（左回転マイナス／右回転プラス）
• 5秒～300秒

拡張

フォトレジスタの増設により、暗いときにのみトリガーするように構成可能

抵抗器，SODIAL(R)30個のフォトレジスタLDRフォトライト依存抵抗性5ミリメートル

モバイルバッテリーの電力移動効率を調べてみた

タブレットの電池を消費した状態から充電開始。モバイルバッテリーが力尽きるまで充電し、増加分を計測します。
※厳密な測定ではないので、参考程度にお考えください。

受電側

NEC 11.5型 Android タブレットパソコン LAVIE T1195/BAS（6GB/ 128GB）Wi-Fi11.5型ワイド有機EL ＆ 8コアプロセッサ搭載 大画面・高画質プレミアムタブレット PC-T1195BAS

本体バッテリー 8400mAh

給電側

① RAVPower モバイルバッテリー 10000mAh

RAVPower モバイルバッテリー 10000mAh大容量 PD対応 18W USB-Aポート＋USB-Cポート iPhone iPad Android対応 PSE認証済 RP-PB186

結果

15% → 85%
＝ +70%
＝ +5880mAh
＝ 58.8％

② Anker PowerCore 10000 PD Redux

Anker PowerCore 10000 PD Redux（モバイルバッテリー 10000mAh 大容量）【PSE技術基準適合 / Power Delivery対応 /低電流モード搭載】 iPhone ＆ Android 各種対応x（モバイルバッテリー 10000mAh 大容量）【PSE認証済 / Power Delivery対応 /低電流モード搭載】 iPhone ＆ Android 各種対応

結果

11% → 88%
＝ +77%
＝ +6468mAh
＝ 64.68％

Echo Dot (第2世代) ホルダー

www.thingiverse.com

Azure Functions を DI ベースに構成するテンプレ

Azure Functions を DI ベースに構成します。
.NET Core で環境変数や設定値の読み込みが、なんだか面倒になったところも解消します。

DI 構成

以下の NuGet パッケージを利用します。 www.nuget.org

FunctionsStartup を構成します。
DI の代表的存在であろう HttpClientFactory を組み込んでみます。

/* Startup.cs */
using Microsoft.Azure.Functions.Extensions.DependencyInjection;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;

[assembly: FunctionsStartup(typeof(MyNamespace.Startup))]

namespace MyNamespace
{
    public class Startup : FunctionsStartup
    {
        public override void Configure(IFunctionsHostBuilder builder)
        {
            // HttpClientFactory
            builder.Services.AddHttpClient();

            // Scope 実験のためのオブジェクト(後述)
            builder.Services.AddScoped<DisposableObject>();

            // 環境変数の読み込み(後述)
            builder.Services.AddOptions<FunctionHttpOptions>()
                   .Configure<IConfiguration>(
                       (options, config) =>
                       {
                           config.GetSection("MyOptions").Bind(options);
                       });
        }
    }
}

環境変数、設定値

GenericHost に準拠した構成なので IOptions を利用できます。 ただ、Azure Functions の実行環境は、標準的な .NET Core App で行われる構造化された JSON ファイルとバインドするような形式ではありません。（実行環境に設定ファイルを配置しません。）

Azure Portal での設定はこのようになります。

開発環境の local.settings.json での記述は以下のようになります。

{
  "IsEncrypted": false,
  "Values": {
    "AzureWebJobsStorage": "DefaultEndpointsProtocol=https;AccountName=...",
    "FUNCTIONS_WORKER_RUNTIME": "dotnet",
    "MyOptions:Setting1": "Value1",
    "MyOptions:Setting2": "Value2"
  }
}

IOptions<T> で変数を受け取る型は以下のように定義します。

public class FunctionHttpOptions
{
    public string Setting1 { get; set; }
    public string Setting2 { get; set; }
}

　
このような設定値が Startup.Configure() 内の記述により IOptions<FunctionHttpOptions> にバインドされます。
.GetSection("MyOptions") ではプレフィックスで値を選別しています。

HttpTrigger

DI するために class から static は外しておきます。

public class FunctionHttp
{
    private readonly IHttpClientFactory _httpClientFactory;
    private readonly IConfiguration _configuration;
    private readonly IOptions<FunctionHttpOptions> _options;
    private readonly DisposableObject _disposableObject;

    public FunctionHttp(
        IHttpClientFactory httpClientFactory,
        IConfiguration configuration,  // IConfiguration で設定値すべてにアクセス
        IOptions<FunctionHttpOptions> options,
        DisposableObject disposableObject)
    {
        _httpClientFactory = httpClientFactory;
        _configuration = configuration;
        _options = options;
        _disposableObject = disposableObject;

        Debug.WriteLine($"FunctionHttp");
    }

    [FunctionName("FunctionHttp")]
    public async Task<IActionResult> Run(
        [HttpTrigger(AuthorizationLevel.Function, "get", Route = null)] HttpRequest request,
        [Queue("myqueue-items", Connection = "AzureWebJobsStorage")] CloudQueue queue,
        ILogger log)
    {
        log.LogInformation("C# HTTP trigger function processed a request.");

        // 設定値の利用
        log.LogInformation($"FunctionHttp");
        log.LogInformation($"  Setting1={_options?.Value.Setting1}");
        log.LogInformation($"  Setting2={_options?.Value.Setting2}");
        log.LogInformation($"  AzureWebJobsStorage={_configuration["AzureWebJobsStorage"]}");

        string name = request.Query["name"];
        var responseMessage = string.IsNullOrEmpty(name)
            ? "This HTTP triggered function executed successfully. Pass a name in the query string or in the request body for a personalized response."
            : $"Hello, {name}. This HTTP triggered function executed successfully.";

        // QueueTrigger 起動のためにメッセージを送る (後述)
        await queue.AddMessageAsync(new CloudQueueMessage(responseMessage));

        return new OkObjectResult(responseMessage);
    }
}

QueueTrigger

QueueTrigger でもちゃんと DI を使えます。 static を外しておくだけです。

public class FunctionQueue
{
    private readonly IHttpClientFactory _httpClientFactory;
    private readonly DisposableObject _disposableObject;


    public FunctionQueue(
        IHttpClientFactory httpClientFactory,
        DisposableObject disposableObject)
    {
        _httpClientFactory = httpClientFactory;
        _disposableObject = disposableObject;

        Debug.WriteLine($"FunctionQueue");
    }

    [FunctionName("FunctionQueue")]
    public void Run(
        [QueueTrigger("myqueue-items", Connection = "AzureWebJobsStorage")] string myQueueItem,
        ILogger log)
    {
        log.LogInformation($"C# Queue trigger function processed: {myQueueItem}");
    }
}

Scope

DI コンテナのスコープ管理も利用されています。挙動を見るために DisposableObject を スコープ内で共有されるように仕込んでいました。 実装は以下の様に簡単なものです。

public class DisposableObject : IDisposable
{
    private readonly Guid  _id = Guid.NewGuid();


    public DisposableObject()
    {
        Debug.WriteLine($"Instantiate DisposableImpl: {_id}");
    }

    public void Dispose()
    {
        Debug.WriteLine($"Dispose DisposableImpl: {_id}");
    }
}

ログ出力は

Instantiate DisposableImpl: 2344ec50-c701-481a-9297-230e5ac3b201
FunctionHttp
  Setting1=Value1
  Setting2=Value2
Dispose DisposableImpl: 2344ec50-c701-481a-9297-230e5ac3b201
...
...
...
Instantiate DisposableImpl: c3a4c3eb-1e90-4cb2-a8aa-6d584528003c
FunctionQueue
  Setting1=Value1
  Setting2=Value2
Dispose DisposableImpl: c3a4c3eb-1e90-4cb2-a8aa-6d584528003c

となっており、メソッド実行毎にスコープが分けられている事が確認できます。

検証環境

• Azure Functions v3
• .NET Core 3.1

参考リンク

GitHub - shibayan/azure-functions-http-api: HTTP API Extensions for Azure Functions v3
.NET Azure Functions で依存関係の挿入を使用する | Microsoft Docs
ASP.NET Core のオプション パターン | Microsoft Docs