Raspberry Pi4（Raspberry Pi4 ModelB 4GB）のGPIOピンを出力状態に設定し、接続した発光ダイオード（以下 LED）を点灯、消灯、点滅させます。
本ブログで作成したプログラムはこちらからダウンロードできます。
実験準備
実験をするための機器や部品の用意と環境を作ります。
Raspberry Pi4（Raspberry Pi4 ModelB 4GB）
Scratch3.0をインストールした「Raspberry Pi4」を用意します。
部品
ブレッドボードやLEDなどの電子部品を用意しますが、今回は色々な部品がそろっている「 WayinTop Raspberry Pi用センサーキット 初心者向け スターターキット 電子工作キット 学習キット 電子部品セット プログラミング JAVA C++ Python ラズベリー パイ用 超入門 日本語チュートリアル」（以下 キット）を利用しました。
環境作り
「Raspberry Pi4」を「ブレッドボード」と接続して実験を行います。
コネクタのピン番号とGPIO（汎用入出力）の対応は下図のようになっています。
Raspberry Piは、GPIOを通じて電気信号を送受信することで、やモーターなどのデバイスを制御することができます。
GPIOのピン番号と、コネクタのピン番号とは異なりますので、プログラムでGPIOのピンを制御する場合は注意してください。
キット付属の「ブレッドボード」を「Tタイプ 拡張ボード」、「リボンケーブル」を使って「Raspberry Pi4」と接続します。
ブレッドボードを使った接続
ブレッドボードを使って「LED 赤色」と「カーボン抵抗 1/4W470Ω」をジャンパーワイヤー で接続します。
部品表
キットの中から次の部品を使います。
| 部 品 名 | 規 格 | 数 量 | 備 考 |
|---|---|---|---|
| カーボン抵抗 | 1/4W 470Ω | １ | |
| 発光ダイオード（LED） | 赤色 | １ | |
| ジャンパーワイヤー | オスピン ー オスピン | ２ |
回路の組立て
ブレッドボード上で配線します。
LEDには極性があるので、接続するときには注意が必要です。
おすすめの一冊
ボタンをクリックしてLEDを点灯・消灯させてみよう。
Scratch3.0のステージに配置したボタンをクリックして、「Raspberry Pi4」に接続した「LED 赤色」を点灯、消灯させます。
オブジェクトの設定
- Scratch3.0を起動（すでに起動している場合は、再起動してください。）した後、左下の「拡張機能を追加」をクリックして、「Raspberry Pi GPIO」を追加します。
- スプライト1を削除したあとButton2のスプライトを2個追加し、それぞれ、スプライトの名前で「消灯ボタン」、「点灯ボタン」に変更します。
- コスチュームタブで「消灯ボタン」に「LED消灯」のテキストを追加します。
- コスチュームタブで「点灯ボタン」をオレンジのボタンに変更し「LED点灯」のテキストを追加します。
点灯ボタンの処理
- 「LED点灯」ボタンをクリックすると処理を開始します。
- 「LEDを点灯します。」を2秒間表示します。
- LEDが抵抗を通して接続されている、「GPIO 17」の出力をhigh（3.3V）に設定します。
LEDはアノードに電圧（ここでは、GPIO 17の出力電圧の3.3V）を加えると、電流が流れ点灯します。
※「set gpio ･･･」ブロックの前に、Raspberry Piのアイコンが表示されていませんが、実際のブロックには表示されています。
「点灯ボタン」をクリックすると、「LEDを点灯します。」が2秒間表示され、実際にLEDが点灯します。
消灯ボタンの処理
- 「LED消灯」ボタンをクリックすると処理を開始します。
- 「LEDを消灯します。」を2秒間表示します。
- LEDが抵抗を通して接続されている、「GPIO 17」の出力をlow（0V）に設定します。
LEDはアノードに電圧が加わらないと（ここでは、GPIO 17の出力電圧の0V）、電流は流れず点灯しません。（消灯）
「消灯ボタン」をクリックすると、「LEDを消灯します。」が2秒間表示され、実際に点灯していたLEDが消灯します。
任意の名前を付けてファイルを保存した後、Scratch3.0を終了します。
１秒間隔でLEDを点滅させてみよう。
Scratch3.0のステージに配置したボタンをクリックして、「Raspberry Pi4」に接続した「LED 赤色」を１秒間隔で５回点滅させます。
オブジェクト設定
- Scratch3.0を起動（すでに起動している場合は、再起動してください。）した後、左下の「拡張機能を追加」をクリックして、「Raspberry Pi GPIO」を追加します。
- スプライト1を削除したあとButton2のスプライトを追加し、スプライトの名前で「開始ボタン」に変更します。
- コスチュームタブで「開始ボタン」をオレンジのボタンに変更し「開 始」のテキストを追加します。
開始ボタンの処理
- 「開始」ボタンをクリックすると処理を開始します。
- 「LEDを１秒ごとに５回点滅します。」を2秒間表示します。
- LEDが抵抗を通して接続されている、「GPIO 17」の出力を、1秒間隔でhigh（3.3V）、low（0V）を切り替えます。
- 切り替えを５回繰り返します。
「開始ボタン」をクリックすると、「LEDを１秒ごとに５回点滅します。」が2秒間表示され、実際にLEDが１秒間隔で５回点滅します。
任意の名前を付けてファイルを保存した後、Scratch3.0を終了します。
LEDゲーム。透明ペンギンを探せ！
「透明ペンギンを探せ！」は、海の中に隠れている「ペンギン」をキーボードの矢印キー（↑、↓、←、→）で、「カニ」を動かして探し出すゲームです。
- 「カニ」が隠れている「ペンギン」に近づくと、LEDが点灯し離れると消灯しますので、点灯／消灯を確認しながら「ペンギン」を探します。
- 「ペンギン」は見つかると姿を現し得点が加算されます。その後、LEDが数回点滅した後、「ペンギン」が隠れ、ゲームが再開されます。
- 停止ボタンをクリックするとゲームが終了します。
このゲームはRaspberry Pi Foundationが提供している「An LED game」を参考にして作成しました。
オブジェクトの設定
- Scratch3.0を起動（すでに起動している場合は、再起動してください。）した後、左下の「拡張機能を追加」をクリックして、「Raspberry Pi GPIO」を追加します。
- スプライト1を削除したあとCrabとPenguin 2のスプライトを追加し、それぞれ、スプライトの名前で「カニ」、「ペンギン」に変更します。
- ステージの背景にUnderwater 1を追加し、背景タブでコスチューム名を「海底」に変更後、不要な背景を削除します。
変数の設定
ゲームで使う変数を設定します。
| 変数名 | 説明 | ステージ表示 |
|---|---|---|
| 位置 | 現在の「カニ」の位置が、「ペンギン」とどのくらい離れているかを設定します。 | 無 |
| 間隔 | 矢印キーで移動した「カニ」が、「ペンギン」とどのくらい離れているかを設定します。 | 無 |
| 得点 | 「ペンギン」が捕まった回数を設定します。 | 有 |
ペンギンの処理
「ペンギン」の処理は、ゲームが開始された時の処理と、隠れる時の処理に分けられます。
ゲームが開始された時の処理- 「（緑の旗）」をクリックすると「ペンギン」の処理を開始します。
- 姿を現します。
- 隠れることを「ペンギン」自身に通知します。
- 変数の得点を「0」に設定します。
- 「ペンギン」自身から隠れる通知を受取った時、処理を開始します。
- 「隠れるよ。探してね！」と「2秒」言わせます。
- 隠れます。
- ステージ上の適当な位置に移動します。
- 「カニ」との間隔が10ピクセル以上の場合は処理を停止します。
- 「カニ」との距離が10ピクセルを越えない場合は、姿を現し、見つけられたことを「背景（海中）」に通知します。
- 「見つかちゃった！」と「5秒」言わせます。
- ゲームを再開するため、隠れることを「ペンギン」自身に通知します。
カニの処理
「カニ」はキーボードの矢印キー（↑、↓、←、→）の操作で上、下、左、右に移動しますので、「カニの処理」はそれぞれ上、下、左、右ごとの処理を行います。
- キーボードの上向き矢印キーが押された時、処理を開始します。
- 変数の位置を「ペンギン」までの距離に設定します。
- 「カニ」の移動を表現するために、コスチュームを変更します。
- 「カニ」を上に10ピクセル移動させます。
- 変数の間隔を現在の位置から「ペンギン」までの距離を引いた値を設定します。
- キーボードの下向き矢印キーが押された時、処理を開始します。
- 変数の位置を「ペンギン」までの距離に設定します。
- 「カニ」の移動を表現するために、コスチュームを変更します。
- 「カニ」を下に10ピクセル移動させます。
- 変数の間隔を現在の位置から「ペンギン」までの距離を引い値を設定します。
- キーボードの左向き矢印キーが押された時、処理を開始します。
- 変数の位置を「ペンギン」までの距離に設定します。
- 「カニ」の移動を表現するために、コスチュームを変更します。
- 「カニ」を左に10ピクセル移動させます。
- 変数の間隔を現在の位置から「ペンギン」までの距離を引い値を設定します。
- キーボードの右向き矢印キーが押された時、処理を開始します。
- 変数の位置を「ペンギン」までの距離に設定します。
- 「カニ」の移動を表現するために、コスチュームを変更します。
- 「カニ」を右に10ピクセル移動させます。
- 「ペンギン」に近づいたか、遠のいたかの判断をするために、変数の間隔を現在の位置から「ペンギン」までの距離を引い値を設定します。
背景の処理
「背景」の処理は、「ペンギン」や「カニ」などのスプライト個別処理ではできない共通な処理を行います。
ここでは、「ペンギン」と「カニ」との間隔を監視し、条件に応じてLEDを点灯／消灯させたり、「ペンギン」が見つかった場合はLEDを数回点滅させます。
「ペンギン」と「カニ」の間隔の監視処理- 「（緑の旗）」をクリックすると間隔の監視処理を開始します。監視処理は常に行われます。
- 「カニ」の処理で変数の間隔（上下左右のキーを操作した時の現在の位置から「ペンギン」までの距離を引い値）がプラスの場合は、LEDを点灯しマイナスならばLEDを消灯します。
- 「ペンギン」から見つかった通知を受取った時、処理を開始します。
- 変数の得点を「１」増やします。
- 0.6秒ごとにLEDを5回、点滅させます。
「（緑の旗）」をクリックすると「ペンギン」が「隠れるよ。探してね！」と「2秒」はなし、隠れます。
「カニ」をキーボードの矢印キー（↑、↓、←、→）の操作で上、下、左、右に移動させます。
「ペンギン」に近づくとLEDが点灯し、離れると消灯しますので点灯と消灯の境を観ながら「ペンギン」探します。
「ペンギン」は見つかった場合は、「見つかちゃった！」と「5秒」はなし、得点が１点加算され、LEDが5回点滅し隠れます。
任意の名前を付けてファイルを保存した後、Scratch3.0を終了します。
まとめ
Raspberry Pi4（Raspberry Pi4 ModelB 4GB）のGPIOピンを出力状態に設定し、接続したLEDを点灯、消灯、点滅させる方法を学びました。
Ｌチカを利用した簡単な例として、「LEDゲーム。透明ペンギンを探せ！」を作成しました。