概要

Raspberry Pi Zero（以降、PiZero）の Node.js から Web GPIO API と Web I2C API を扱う方法です。 CHIRIMEN チュートリアルの中の記事を PiZero で実行した記事となります。

準備

PiZero の環境を、本体にディスプレイやキーボード接続をしないで設定していきます。 OS は、Raspberry Pi OS Lite （CUI版）を使用します。 OS の導入には、公式TOOL の Raspberry Pi Imager を使用します。

Image の書き込みが完了すると、自動的にアンマウントされるので、再度 microSD を挿入し直します。 boot フォルダ内にファイル名 ssh という空ファイルと、無線設定を記述した wpa_supplicant.conf をコピーします。

wpa_supplicant.conf は以下の内容で記述します。 ※ [] 内は自身の環境に合わせて記述を変更してください。

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=JP
network={
   ssid=" [ルータの名前] "
   psk=" [パスワード] "
}

Wi-Fi設定をブラウザから設定するツール も公開されています。

このファイルを boot に入れておくと、起動時に自動的に ssh と 無線LAN を有効化します。 これ以降の操作は ssh を使い遠隔で進めていきます。

無線LAN に簡単に接続が出来ない環境では、PiZero を USB OTG 接続 で設定することが出来ます。

PiZero に Node.js をインストールする

PiZero に積まれている ARMv6 は古いチップになります。これに対応する Node.js は v10（v11）までが公式の提供バージョンとなります。また NodeSource を使ったインストール方法 には対応していません。 導入するには手動でインストールをする必要があります。

公式の提供する Node.js v10 はサポート期限が 2021年4月30日 までとなっていますので、今回は非公式版の Node.js v14 Armv6対応版 を使用します。 非公式版の情報は こちら（ unofficial Node.js ）を参照してください。

リリース情報（公式、非公式 ）より、バージョン確認をします。 ターミナルを起動して以下のコマンドを実行します。 ※2021年4月20日の状況で書いております。

VERSION=v14.16.1
DISTRO=linux-armv6l
wget https://unofficial-builds.nodejs.org/download/release/$VERSION/node-$VERSION-$DISTRO.tar.xz

ダウンロードが終わったら解凍して導入していきます。

sudo mkdir -p /usr/local/lib/nodejs
sudo tar -xJvf node-$VERSION-$DISTRO.tar.xz -C /usr/local/lib/nodejs

~/.profile に追記を行います。

# Nodejs
VERSION=v14.16.1
DISTRO=linux-armv6l
export PATH=/usr/local/lib/nodejs/node-$VERSION-$DISTRO/bin:$PATH

.profileの再読み込み

. ~/.profile

以上で導入は完了です。 バージョンをチェックして確認をしてください。

$ node -v
v14.16.1
$ npm -v
6.14.12
$ npx -v
6.14.12

参照: Installation · nodejs/help Wiki · GitHub

Web GPIO API と Web I2C API を PiZero に導入する

CHIRIMEN チュートリアル の 新しいディレクトリの作成 以下の内容を実施しています。 以降は大きな変更点は無く実行することが出来ました。

プログラムを実行するための環境を整えます。 作業用のディレクトリを作り、そのディレクトリの中でプログラムを実行します。

ssh を使用して以下のコマンドを入力します。

mkdir hello-real-world
cd hello-real-world

npm のためのファイル package.json を作成します。

npm init -y

作業用のディレクトリの中に npm パッケージ node-web-gpio と node-web-i2c をインストールします。

npm install node-web-gpio node-web-i2c

これで Node.js から WebGPIO API と WebI2C API を使う準備は完了です。

Hello Real World（Lチカを実行する）

Raspberry Pi に接続した LED を点滅させるプログラムを書きます。 PiZero は Raspberry Pi とピン配置が異なるので、下の図の通りに配線します。

PiZero配線図

空のテキストファイル main.js を作成し、Node.js のための JavaScript のプログラムを書きます。

editor main.js

テキストエディターで main.js を次のように書きます。

>const { requestGPIOAccess } = require("node-web-gpio");
const sleep = require("util").promisify(setTimeout);

async function blink() {
  const gpioAccess = await requestGPIOAccess();
  const port = gpioAccess.ports.get(26);

  await port.export("out");

  for (;;) {
    await port.write(1);
    await sleep(1000);
    await port.write(0);
    await sleep(1000);
  }
}

blink();

書き終えたら保存します。

Node.js で main.js を実行するには、次のコマンドを実行します。

node main.js

LED が点滅すれば完成です 🎉

いろいろなデバイスを試す

CHIRIMEN ブラウザーから利用できるいろいろなデバイスはすべて同じように Node.js から扱うことができます。 CUI版 の OS には i2c 関係のパッケージが入っていないので導入します。また、デフォルトで i2c が無効になっているので、raspi-config で有効化しておきます。

sudo apt-get install -y i2c-tools
sudo raspi-config

次のコードは温度センサー ADT7410 を利用して温度を表示するプログラムです。

const { requestI2CAccess } = require("node-web-i2c");
const ADT7410 = require("@chirimen/adt7410");

async function measure() {
  const i2cAccess = await requestI2CAccess();
  const i2c1 = i2cAccess.ports.get(1);
  const adt7410 = new ADT7410(i2c1, 0x48);
  await adt7410.init();
  const temperature = await adt7410.read();
  console.log(`Temperature: ${temperature} ℃`);
}

measure();

コマンド npm i @chirimen/adt7410 を実行すると、温度センサー ADT7410 を利用するための @chirimen/adt7410 パッケージをインストールできます。

接続は下の図のようになります。

PiZero温度センサー図

デバイスを扱うためのパッケージについてさらに知りたい場合は サンプル一覧 を参照してください。 ※ドライバは随時追加されていきます。CHIRIMEN Drivers に最新情報が掲載されますので、併せて確認してみてください。

また、CHIRIMEN チュートリアルのなかには、Web GPIO や Web I2C によって扱うことのできる外部デバイスとサンプルコードの一覧があります。こちらも参考になるかもしれません。

CHIRIMEN ブラウザー版との差異

CHIRIMEN ブラウザー版 Node.js
navigator.requestGPIOAccess const { requestGPIOAccess } = require("node-web-gpio"); requestGPIOAccess
navigator.requestI2CAccess const { requestI2CAccess } = require("node-web-i2c"); requestI2CAccess
sleep const sleep = require("util").promisify(setTimeout); sleep

以上となります。