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Raspberry Pi + Google Drive でクラウド対応フォトフレームを自作する【rclone + fbi + Python】

Tue, 19 Jul 2022 00:00:00 +0000

写真が趣味で、2003年からデジタル一眼を使い始めて今に至ります。気づけば総撮影枚数は388,524枚。これだけ撮り溜めた写真を、スライドショー形式でリビングに飾りたいと思っていました。

市販のデジタルフォトフレームでは解決できなかった問題

市販のフォトフレームは、SDカードやUSBメモリにデータを入れて表示する仕組みが主流です。7〜10インチのものが多く、Amazonのランキングでも選択肢は豊富にあります。

ただ、週1ペースで写真を撮り続ける身としては**「毎回SDカードに写真を入れ直す」運用が億劫**で、すぐに使わなくなりそうでした。

クラウドから自動で写真を取得するフォトフレームのイメージ

Google Driveなどのクラウドストレージから自動で写真を取得して表示するフォトフレームが欲しかったのですが、市販品では見つからなかったため、自分で作ることにしました。

用意したもの

Raspberry Pi 4

常時通電するフォトフレーム用途には、消費電力が低く小型なRaspberry Piが適しています。

【国内正規代理店品】Raspberry Pi4 ModelB 4GB ラズベリーパイ4 技適対応品

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モバイルモニター

写真を表示するためのモニターです。FullHD・IPSパネルのモバイルモニターを選びました。市販のフォトフレームは視野角が狭いパネルが多いですが、パーツを自分で選べるのが自作の醍醐味です。モバイルモニターは電源が小型で設置の自由度も高いです。

モバイルモニター 15.6インチタッチパネルモバイルディスプレイ

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microSDカード・電源

SanDisk 高耐久ドライブレコーダーアクションカメラ対応 microSDHC 32GB

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システム構成

OS：Raspberry Pi OS

Raspberry Pi OS をSDカードに書き込んで使います。フォトフレーム用途なのでデスクトップ環境は不要で、CLIのみの Lite 版でセットアップします。

画像表示：fbi

CLIから直接フレームバッファに画像を表示できる fbi を使います。以前はUbuntu上のGUIで動かすバージョンも作りましたが動作が不安定だったため、CLIベースの構成に切り替えました。

クラウドストレージとの連携：rclone

rclone を使ってGoogle Drive上の写真を定期的にダウンロードします。Google Drive以外にもDropbox・S3など70以上のクラウドサービスに対応しています。

rcloneで写真をダウンロード → fbiでスライドショー表示、という流れです。

セットアップ

Raspberry Pi OS のインストール

Raspberry Pi Imager を使ってSDカードにイメージを書き込みます。

Raspberry Pi Imager でOSを書き込む

32bit・64bitどちらでも問題なく動作します。

fbi のインストール

sudo apt-get -y install fbi

パーミッションの付与

デフォルトではスーパーユーザー以外は fbi で画像を表示できません。pi ユーザーを video グループに追加します。

pi@raspi3-photo:~ $ ls -Fla /dev/fb0
crw-rw---- 1 root video 29, 0 Apr 7 10:33 /dev/fb0

sudo usermod -aG video pi

rclone のインストール

curl https://rclone.org/install.sh | sudo bash

インストール後、rclone config でGoogle Driveとの認証設定を行います。

SSH接続のみのヘッドレス環境では、rclone config 実行中にブラウザ認証用のURLが表示されます。そのURLをPC側のブラウザで開いてGoogleアカウントを認証してください。

スライドショープログラムの実装

アルゴリズム

以下の流れで動作します。

rclone ls でクラウドストレージ上の指定フォルダの画像一覧を取得
一定数取得できた時点でランダムに画像のダウンロードを開始
ダウンロードできた画像から順に fbi で表示
バックグラウンドで次の画像を取得し続ける
指定時間が来たらランダムに次の画像へ切り替え
重み付きランダム選択で、表示済み画像の優先度を下げ偏りを防ぐ
週1回 rclone ls でデータベースをマージして新着写真を反映
データベースはファイルではなくメモリ上に保持（マージ速度改善）

言語：Python

スライドショー制御スクリプトはPythonで実装しました。オブジェクト指向で設計し直した改良版では、起動から最初の画像表示までの時間を旧バージョン比1700%高速化しています。

Pythonの学習には現役シリコンバレーエンジニアが教えるPython 3 入門 + 応用（Udemy）が参考になりました。

ソースコード

作成したプログラムはGitHubで公開しています。

GitHub - yukishita/photoView4：クラウド対応スライドショープログラム

使い方

crontab に以下を追加して、起動時に自動実行します。

@reboot /home/pi/photoView4/photoView4.sh

デモンストレーション

改良版（v4）のデモ動画です。旧バージョンと比べて起動から表示までの時間が大幅に短縮されています。

旧バージョン（参考）

ファイルリストをすべて取得してから動作するため起動が遅い版です。

Tips：指定時刻にディスプレイの電源を切る

24時間表示し続けると電気代がかさむため、HDMI接続時は vcgencmd で電源スケジュールを設定できます。

0 0 * * * /usr/bin/vcgencmd display_power 0
30 6 * * * /usr/bin/vcgencmd display_power 1

上記の例では午前0時にOFF・午前6時30分にONとなります。人感センサーや照度センサーと組み合わせてさらに自動化することも可能です。

まとめ

構成要素	役割
Raspberry Pi 4	メインコンピューター（低消費電力・常時稼働）
モバイルモニター	FullHD・IPS・高視野角で写真を高品質表示
fbi	CLIからフレームバッファに直接画像を表示
rclone	Google Driveから写真を自動ダウンロード
Python	スライドショー制御・重み付きランダム選択

Raspberry Pi 4を使いましたが、Raspberry Pi Zero 2 Wでも同様の構成で動作可能です。常時通電する用途なので、消費電力の小さい機種を選ぶとランニングコストを抑えられます。

Raspberry Pi 3 + 公式7インチタッチスクリーンで照度センサー対応フォトフレームを自作する【BH1750FVI + I2C + Python】

Tue, 19 Jul 2022 00:00:00 +0000

以前 Raspberry Pi 4 でクラウド対応フォトフレームを作りましたが、今回は余っていた Raspberry Pi 3 と公式7インチタッチスクリーンで別バージョンを構築しました。さらに照度センサーを追加して、部屋の明るさに応じてディスプレイ輝度が自動調整される機能を実装しています。

用意するもの

Raspberry Pi 3

Raspberry Pi 3 Model B シングルボードコンピュータ

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Raspberry Pi 公式7インチタッチスクリーン

800×480px・24ビットRGBカラー・60fps対応。最大10点のマルチタッチに対応しています。

Raspberry Pi 公式 7インチタッチスクリーン LCD

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公式タッチスクリーン用ケース

Raspberry Pi 3 Model B と7インチディスプレイを一体で収納できるケースです。

Raspberry Pi & 7インチ LCDタッチスクリーン拡張ボードケース ABS樹脂（黒）

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ディスプレイの接続

Raspberry Pi Touch Display 公式ドキュメントを参考にリボンケーブルと電源を接続します。

Raspberry Pi を背面ディスプレイに取り付ける場合、リボンケーブルの向きに注意してください。電源ケーブル（赤/黒）は、赤を5Vピン・黒をGNDピンに接続します。

公式ディスプレイの画面回転設定

デフォルト状態では表示が180度回転しているため、設定ファイルで反転します。

以下の lcd_rotate=2 は Raspberry Pi OS Bullseye 以前（レガシー/FKMSモード）向けの設定です。Bookworm（2023年以降）では lcd_rotate は公式には非推奨で、画面回転には「Screen Configuration」GUIツールの使用が案内されています。

また、config.txt のパスも OS バージョンによって異なります。

Bullseye 以前：/boot/config.txt
Bookworm 以降：/boot/firmware/config.txt

Bullseye 以前（レガシー/FKMSモード）の場合：

sudo vi /boot/config.txt

以下を追記します。

lcd_rotate=2

スライドショー用プログラム

スライドショー制御には、別記事で紹介している自作Pythonスクリプト（photoView4）を流用しています。

ディスプレイの輝度調整

フォトフレームとして常時表示していると、夜間など暗い環境では画面が眩しく感じます。公式7インチディスプレイは、以下のコマンドでバックライト輝度を変更できます。

echo "100" | sudo tee /sys/class/backlight/rpi_backlight/brightness

/sys/class/backlight/rpi_backlight/brightness に0〜255の値を書き込むことで輝度を制御できます。

照度センサー（BH1750FVI）の追加

輝度を手動設定するだけでなく、部屋の明るさに応じて自動で輝度を変えたいと考え、照度センサーを追加しました。

使用パーツ

BH1750FVI 周囲光トランスデューサ I2C 出力エレクトロニクス向けの連続および単一測定アプローチ環境光観測コンポーネント

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Raspberry Pi と I2C 接続

BH1750FVI は I2C プロトコルで通信します。Raspberry Pi GPIO ピン配置を参照して接続します。

Raspberry Pi GPIOピン配置図（出典：Raspberry Pi公式ドキュメント）

接続対応表

Raspberry Pi	GPIOピン番号	BH1750FVI
GPIO2 (SDA)	3	SDA
GPIO3 (SCL)	5	SCL
5V Power	2	VCC
Ground	14	ADO
Ground	20	GND

BH1750FVI をI2Cで接続した配線の様子

照度センサーの動作確認（Python）

接続後、Python で照度データを取得できるか確認します。参考コード（GitHub）を参考に実装しました。

#!/usr/bin/python3

import smbus

Bus = smbus.SMBus(1)
Addr = 0x23
LxRead = Bus.read_i2c_block_data(Addr, 0x11)
print("照度: " + str(LxRead[1] * 10) + " ルクス")
LxRead2 = Bus.read_i2c_block_data(Addr, 0x10)
print("輝度: " + str((LxRead2[0] * 256 + LxRead2[1]) / 1.2))

実行すると照度が取得できます。

root@raspi3-photo:~# python br.py
照度: 1650 ルクス
輝度: 990.8333333333334

輝度自動調整プログラムの実装

取得した照度に応じてバックライト輝度を滑らかに変化させるため、10ms周期で動作するPythonプログラムを作成しました。

仕組みは以下のとおりです：

照度レベルごとにターゲット輝度を定義
取得した照度に応じてディスプレイ輝度を1ステップずつインクリメント/デクリメント
SMBus（I2C）通信は取得間隔を300ms以上空けないと正常な値が取れないため、300ms周期でポーリング

照度センサーの設置

センサーは前面から光が当たる背面の出っぱった部分に設置しました。

照度センサーをケース背面に設置した様子

ソースコード

作成したプログラムはGitHubで公開しています。

GitHub - yukishita/lcdBrightness2：BH1750FVI 照度センサーで Raspberry Pi 公式ディスプレイ輝度を自動調整するプログラム

デモ動画

照度に応じてディスプレイ輝度が滑らかに変化する様子です。

まとめ

構成要素	役割
Raspberry Pi 3	メインコンピューター
公式7インチタッチスクリーン	フォトフレーム表示（800×480px）
GY-30 BH1750FVI	I2C接続の照度センサー
Python（smbus）	I2C通信・輝度自動調整制御

照度センサーを追加することで、昼は明るく・夜は暗くと自動で輝度が変わり、実用的なフォトフレームになりました。Raspberry Pi Zero 2 W でも同様の構成で動作すると思われます。