Raspberry Piは、箱から出してすぐに使えるほど多用途です。しかし、ボードに直接接続するハードウェア拡張機能を使えば、その可能性は飛躍的に広がります。今回は、注目すべきコンポーネントをいくつかご紹介します。
Raspberry Piは「HAT（Hardware Attached on Top）」コンセプトを採用しており、簡単に機能を拡張できます。アドオンはボード上のGPIOピンに差し込むだけで簡単に使用できます。拡張キットには通常、メインボードと拡張ボードが近すぎる場合にショートを防ぐためのプラスチック製スペーサーも含まれています。こうした拡張機能の種類は近年大幅に増えています。公式HATに加え、メーカーのPimoroni製品も特に目立っています。
この記事では、特に興味深いHATボードをいくつかご紹介します。モデル4に焦点を当てていますが、ここで紹介するボードは旧モデルや最新のPi 5にも適合しますが、必ずしも適合するとは限りません。そのため、購入前に互換性についてご確認ください（最後のポイント「購入前に確認しましょう！」を参照）。
DACによる豊かなサウンド
DACを搭載すれば、パッシブスピーカーやアクティブスピーカー、ステレオシステムに接続できます。これにより、Raspberry Piがストリーミングボックスに早変わりします。
ラズベリーパイ財団
すぐに使える、つまり「箱から出してすぐに使える」拡張機能は、ボードのサウンド特性を向上させます。Raspberry Foundationは、このような「デジタルオーディオコントローラー」（DAC）の様々なモデルを提供しています。
どのボードが適しているかは、環境によって異なります。パッシブスピーカーをコンピューターに接続したい場合は、Digi AMP+が最適です。このボードはケーブル用の一般的なクランプ接続を備え、チャンネルあたり最大35ワットの出力を提供します。自宅のリビングルームには十分な出力です。
一方、Raspberry Pi DACまたはそのPlusバージョンは、アクティブスピーカー向けに設計されています。バナナプラグによる従来の接続方式を採用しています。このシステムでは、アンプ内蔵スピーカーを信号源に接続します。HATはデジタル信号をアナログ信号に変換するため、Raspberry Piをスピーカーに直接接続することも、ステレオシステム（AUX入力）に接続することもできます。適切なソフトウェアと組み合わせることで、Raspberry PiをWLAN用のストリーミングボックスにしたり、データストレージメディアに保存された音楽を再生したりすることができます。
すべてのレゴファンへ
LEGO 愛好家向けの HAT は、Raspberry を介して LEGO の世界のセンサーやモーターを制御する新たな可能性を切り開きます。
IDG
Raspberry Pi Build HAT拡張ボードは、最大4つのモーターとセンサー（Mindstorm cosmosのコンポーネントを含む）を制御でき、レゴテクニックに熱心に取り組んでいる意欲的なレゴ愛好家の皆様にご利用いただけます。レゴボードは専門店でも販売されており、レゴ作品に直接組み込むことができます。LPF2接続を使用するほとんどのコンポーネントを接続できます。互換性に関する詳細は、ボードの公式製品ページをご覧ください。
ただし、注意してください。内蔵電源はボード上のモーターを動かすのに不十分です。
HATボードの補助として外部電源ユニットが提供されていますが、このコンポーネントにのみ適しています。この電源ユニットは、例えばPi 400の動作には使用できません。距離センサー、モーションセンサー、カラーセンサーを制御するためのPythonプロジェクト用の包括的なライブラリがあり、詳細に説明されています。
延長ケーブルの価格は30ドル弱です。対応する電源ユニットは20ドル弱です。
Raspbee II: ホームオートメーション用
この小さな回路基板は目立たないように見えますが、多くの機能を備えています。Raspberry が Zigbee 標準を使用するスマートホーム デバイスと通信できるようにします。
ラズビー
Raspberry Piを使ってスマートホームを集中管理する方法をお探しですか？それなら、Raspbee IIボードをぜひチェックしてみてください。その名の通り、Zigbee規格に対応したデバイスと通信するための拡張機能です。この小型ボードにはバッテリー用のスロットも搭載されており、リアルタイムクロック（RTC）経由でデバイスを制御できます。
基本的な考え方は、他社製の様々なゲートウェイを排除することです。これは、コンポーネントがメーカーのソフトウェアによって認識される限り有効です。したがって、購入を決定する前にドキュメントをよく読んでおくことをお勧めします。結局のところ、Zigbeeは単なる通信プロトコルです。制御システムの「魔法」はソフトウェアによって実行される必要があります。
スマートホームに便利に追加するこのアイテムの価格は 30 ドル未満です。
Game Hat: Raspberryがゲーム機になる
誰が誰に接続されているかは関係ありません。Game HAT は小型コンピューターをミニゲームコンソールに変え、レトロゲームの理想的な基盤となります。
ウェーブシェア
数年前にRetro-Pieプロジェクトを紹介しました。このプロジェクトは、小型の回路基板をゲーム機に改造することを目的としています。このプロジェクトに最適なパートナーは、WaveshareのGame HATです。ただし、ドイツでは入手が難しく、入荷待ちになる場合があります。
Raspberry Piはゲームパッドのハードウェアに接続されているため、「HAT」という用語はあまり適切ではありません。Game HATは3.5インチの画面を搭載し、解像度は480×320ピクセル、フレームレートは60fpsです。クラシックゲームであれば、これで十分でしょう。
2つの小型スピーカーとヘッドフォン接続用の端子が内蔵されています。他のゲームパッドでお馴染みのボタンが周囲にまとめられています。ハウジング上部には2つのトリガーも配置されています。ただし、これらは非常に繊細なので、ゲームを長く楽しむためには、あまり乱暴に操作しない方が良いでしょう。
セットアップはとても簡単です。いつでもどこでもプレイできるように、システム全体に電力を供給するためのバッテリーが必要です。外部電源の購入に関する仕様は、製品の説明とプロジェクトのWikiに記載されています。
メーカーは最大2時間のバッテリー駆動が可能と謳っていますが、これは非常に楽観的な数字です。実際にゲームをプレイしている時は、1時間程度は持つ可能性が高いでしょう。とはいえ、約45ドルの延長ケーブルで得られる楽しさが損なわれるわけではありません。
Piを使った機械学習
機械学習では、画像認識など、まず多くのサンプルを採取する必要があります。このアドオンは多数のインターフェースを提供しますが、十分な慣れが必要です。
IDG
Braincraft HATを使えば、魅力的なプロジェクトを実現できます。しかし、複雑なテーマに精通する意欲も必要です。この拡張機能は、週末の「ちょっとしたプロジェクト」には向いていません。
このアドオンの背後にあるアイデアは、（プロフェッショナルユーザーにも）様々な場所で機械学習のための「頭脳」を構築する方法を提供することです。専門家は、この文脈でエッジコンピューティングについて語ることも好んでいます。
HATと回路基板の組み合わせに「目」やその他の感覚機能を追加する必要はまだありますが、多彩な接続オプションのおかげで、これは非常に簡単に実現できます。Braincraft HATには、システムからのフィードバックを出力する240×240 TFT IPSスクリーン、画像処理プロジェクト用のカメラ接続ケーブル用スロット、5方向ジョイスティック、左右のマイク、ステレオヘッドホン出力、ステレオ1Wスピーカー出力、そして3つのRGBドットスターLEDが搭載されています。Stemma QT接続により、温度センサーを接続できます。オプションで、底面にファンを取り付けることもできます。これにより、ボードを快適な温度に保ち、コンピューティング負荷の高いプロジェクトにも対応できます。
わずか40ドルで、プロジェクトのためのしっかりとした基盤が手に入ります。メーカーは製品ページに掲載されている一連のビデオで、その多様な可能性を紹介しています。
ディスプレイ:「触れ合おう」
画面に直接入力したい？それも問題ありません。Waveshareの抵抗膜方式3.5インチディスプレイは、まさにHAT（帽子）のような存在で、いつものようにGPIOバーに取り付けるだけです。同梱のスタイラスペンも付属しています。ドライバをインストールすれば、Ubuntu MateまたはRetropieで問題なく操作できます。約40ドルで、このシンプルな入力オプションをRaspberry Piに追加できます。
同じメーカーから、解像度800×480ピクセルのタッチディスプレイも発売されています。こちらは5インチとかなり大きく、静電容量式（つまり、圧力をかけずにタッチするだけで反応します）です。これにより、Raspberry Piは小型タブレットとして使用できます。ドライバーは極めて良好に動作しています。他のタブレットと同様に、デスクトップ上で画面の明るさを直接調整できます。
ただし、このディスプレイは直接HATとして動作するわけではありません。カメラバーとケーブルを介してボードに接続します。画面がボード自体よりも大きいため、逆の配置はあまり意味がありません。この設計の利点は、GPIOピンが利用可能であり、アクセス可能であることです。
また、3D プリンターで独自のハウジングを設計したくない場合は、電気店でさまざまなハウジングを見つけることができます。中には、一種のキオスク システムを構築するためのスタンドを備えている店もあります。
大型ディスプレイの市販価格は約 50 ドルです。
趣味人に必須のHAT
パワーは大きいが、価格は高い：この HAT を使用すると、Raspberry Pi に大容量の外部電源を供給できます。
ピジュース
屋外での作業において、コンピューターへの電源供給は大きな課題の一つです。これは、使用場所の近くに必ずしも電源コンセントがあるわけではないためです。有名な電気店では、「UPS」というキーワードで検索すれば、Raspiに独立して電力を供給できる様々な回路基板を見つけることができます。これらの基板は、従来の充電式バッテリーを挿入するだけで使用できるバッテリーパックであることが多いです。例えば、WaveshareはUPS HATを提供しています。
Pi Juiceはより高価です。50ドル強で、1820mAhのバッテリーが付属します。性能にはそれなりの値段がつきものです。また、納期も長くなることが予想されます。回路基板にはリアルタイムクロックが搭載されており、時間制御とタイムスタンプの精度が維持されます。
イーサネットケーブルで接続されたデバイスに電力を供給できるネットワークスイッチをお持ちですか？ 公式のPoE+ HATは、イーサネットケーブル経由でミニコンピュータに電力を供給するのに最適です。このボードは37～57Vの入力電圧に対応し、5Vの定電圧を供給します。内蔵ファンがインターフェースの高温を放熱します。ただし、購入前にネットワークスイッチの電圧と供給電力をご確認ください。 適切な電圧であれば、20ドルという価格は多くの作業状況において賢明な投資となるでしょう。
電源として使用できるネットワーク スイッチをお持ちの場合は、この HAT が最適です。
IDG
ロボット工学入門
確かに、PimoroniのTrilobotは純粋なスターターキットとして約60ドルと、決してお買い得とは言えません。しかし、魅力的なロボット工学の世界への入り口となるのは間違いありません。メーカーの常として、充実したソフトウェアライブラリがそれを保証しています。
楽しさを最大限楽しむために、他に何を買う必要があるでしょうか？もちろん、Raspberry PiとSDカードは必須です。これは移動ロボットのベースとなるため、場所に依存しない電源も必要です。バッテリーパックの取り付け方法は、分かりやすい説明書に記載されています。追加パーツを購入する前に、必ず説明書を確認してください。Raspberry Pi v2カメラもすぐに購入リストに追加します。これで、ロボットの視点から「見る」こともできます。
では、お金を払えば何が得られるのでしょうか？ ええ、この場合も「帽子」という表現はやや誤解を招きます。なぜなら、実際に組み立てるにはRaspberry Pi 4を組み込む必要があるからです。Raspberry Pi 4は回路基板で構成されており、その上に2つの電動モーターが車輪を駆動します。車輪は月面車を彷彿とさせます。衝突を回避するために、キットには超音波距離センサーが搭載されています。さらに、ロボットの操縦をクールに見せるために、底面にはRGB LEDが配置され、雰囲気のある照明効果を生み出します。もちろん、このキットは教育機関の職員がロボット工学の基礎を教える際にも最適です。
購入する前に注意してください!
Raspberryファミリーには幅広いHATが存在します。購入する前に、いくつかの基本的な要件を検討することをお勧めします。
まず、最も明白な点ですが、 Raspberry Piにケースを装着している場合、おそらく新たな投資が必要になるでしょう。これは、ケースを装着すると必然的に全体の高さが増し、ハードウェアがケースに収まらなくなるためです。
次に、互換性を確認してください。メーカーの製品説明には、お使いのRaspberryのモデルが明記されているはずです。拡張ボードは、機械的にも接続面でも適合する必要があります。
拡張機能は制御可能でなければなりません。そのため、そのメリットを享受するにはソフトウェアが必要です。その方法を事前に確認しておきましょう。多くの場合、Python（ライブラリ）を介してコンポーネントとピンにアクセスできます。メーカーがウェブサイトでチュートリアルやサンプルアプリケーションを提供しているかどうかを確認してください。
