Raspberry Pi zero で JupyterLab を使う

Raspberry Pi zero でJupyterLabを実行し，PCからJupyterLabを利用するための設定をまとめておきます．ゴールは，PCからJupyterLabでPythonコードを開発して，RaspberryPiのGPIOに接続した外部機器（LEDやDCモータ）を制御することです．

USB Gadget Driver （OTGドライバ）を利用することで，Raspberry PiをUSBの子機として動作させることができます．Raspberry Pi Zeroの場合，USB給電が可能ですので，USBケーブル1本ですみますし，インターネットにもブリッジ接続でつなげることができます．PCからRaspberryPiへのアクセスは，ターミナルからSSHで接続するか，VNCリモートデスクトップで接続できます．

ここでは，JupyterLabや必要なPythonライブラリをRaspberryPiにインストールできればよいので，SSHで接続してRaspberryPiを設定する方法を説明します．

・Raspberry Pi Zero WH 
・SDカード 32GB
・USBケーブル A - microB（データ転送ができるもの）

Raspberry Pi Zero のOSの準備

●公式サイトから，OSイメージをダウンロードします．
　今回は，Raspberry Pi OS with desktop　を選択

●Etcher でSDカードにOSイメージを書き込みます．
　MacでEtcherを管理者モードで起動するには，ターミナルでつぎを実行

$ sudo /Applications/balenaEtcher.app/Contents/MacOS/balenaEtcher

●イメージの書き込みが終了したら，PCにSDカードをマウントして，SSHを有効にするために次の作業をします．

$ touch /Volumes/boot/ssh
$ echo "dtoverlay=dwc2" >> /Volumes/boot/config.txt

さらに，

$ vim /Volumes/boot/cmdline.txt

として，文末に  modules-load=dwc2,g_ether　を追加します．

Raspberry Pi Zero の起動

●SDカードをRaspberry Pi Zero に装着します．
●データ通信ができるUSBケーブルを用いて，PCとRaspberryPiを接続します．

●PCでUSB接続のインターネット共有を有効にします．
　→ MacOSでは，インターネット共有でRNDIS/Ethernet Gadget を選択します

●PCのターミナルから，

$ ssh pi@raspberrypi.local

　で接続します．初期PWは raspberry です．

●システムのアップデートをします．

 $ sudo apt update
 $ sudo apt upgrade -y
 $ sudo reboot

●Pythonライブラリをインストールします．制御系設計用のライブラリやJupyterLabをインストールします．

$ sudo apt install libatlas-base-dev
$ sudo pip3 install -U bumpy
$ sudo pip3 install slycot
$ sudo pip3 install control
$ sudo pip3 install jupyterlab

●JupyterLabの設定をします．以下のコマンドを実行します．

$ jupyter lab --generate-config
$ vi ~/.jupyter/jupyter_lab_config.py

そして，該当箇所を以下のように変更します．起動時にブラウザが起動しないようにする設定やパスワードの設定をします．パスワードは control です．

c.ExtensionApp.open_browser = False
c.ServerApp.ip = '*'
c.ServerApp.password = 'sha1:f11c457757ec:03959a3edadc01be08a48bfcd34d2b0ee18a5963'

control --> 
sha1:f11c457757ec:03959a3edadc01be08a48bfcd34d2b0ee18a5963

JupyterLabの起動

●PCからRaspberryPiにSSH接続し，つぎのコマンドを実行してJupyterLabを起動します．

$ jupyter lab

すこし，起動に時間がかかりますが，気長に待ちましょう

RaspberryPi 上のJupyterLabにアクセスする

●PCのブラウザからRaspberryPi 上のJupyterLabにアクセスします
http://raspberrypi.local:8888/lab

パスワードを聞かれたら，control を入力します．
動作が遅い時もありますが，お茶でも飲みながらのんびり待ちましょう

●ノートブックを作成し，サンプルコードを実行してみましょう

ひとまず，制御工学の勉強ができる環境が整いました．Pythonで制御工学を学ぶには，拙書「Pythonによる制御工学入門」がおすすめです．

このあと，DCモータとエンコーダをRaspberryPiのGPIOピンに接続して，PythonでDCモータを制御することに挑戦します．

GPIOの制御

●工事中