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RPi.GPIO と gpiozerono

🐍 はじめに

この記事は、Raspberry PiのPython向けGPIO制御ライブラリである「RPi.GPIO」と「gpiozero」を、背景・思想の違いから実装のコツ、用途別のおすすめまで1本にまとめたガイドです。
「なぜ2つあるの？」「どちらを選べば良い？」に答えつつ、学習～運用まで迷わない判断基準を用意します。

【情報】
本文では、低レベル寄りの RPi.GPIO と、高レベル抽象の gpiozero を“ドライバ的API”と“部品志向API”として対比します。

🧭 背景：なぜ2つの流派が並立しているのか

  • まず登場したのは RPi.GPIO。Raspberry PiのGPIOをそのままPythonから触るための“素朴で薄いラッパ”として普及しました。教育用途でも「LEDを点ける」「ボタンを読む」を最短で学べるため、一気に定番化。

  • 次に現れたのが gpiozero。教育現場での“実装のつまずき（デバウンス・後片付け・ピン番号迷子・PWM設定など）”を埋めるべく、センサーやアクチュエータを**オブジェクト（部品）**として扱える設計を採用。コード量とバグの温床を減らし、「作る楽しさ」を前面に出しました。

【成功】
学び始めは gpiozero で“動く喜び”を最短で。電気的注意点やタイミング制御を詰めたい段階で RPi.GPIO の生APIへ降りる、という二段ロケットが王道です。

🔌 RPi.GPIO 概要（低レベル制御の定番）

ねらい

  • ピンを入力/出力に設定し、HIGH/LOWを直接読む・書く。

  • エッジ検知（立ち上がり/立ち下がり）やPWMを最低限の手数で扱う。

  • BOARD（物理ピン）／BCM（SoC論理番号）の番号系を明示し、cleanup()で必ず後始末。

できること

  • ピンモード設定（BCM/BOARD）

  • 入力（プルアップ/プルダウン内蔵制御、イベント検知、デバウンス）

  • 出力（LED、リレー、MOSFET経由の外部負荷など）

  • PWM（LEDの明るさ、モータの速度）

使う嬉しさ

  • 挙動が見通しやすい（何をどう触っているかが明確）

  • 資料が豊富、古い記事や教材とも互換性が高い

  • 細かい制御が効く（タイミングや例外処理を自分で握れる）

【警告】
自分で全部面倒を見る設計＝後片付け忘れ・番号系の混乱・デバウンス不足・複数プロセス競合などの“初学者落とし穴”が発生しやすいです。

🧩 gpiozero 概要（部品指向・高レベルAPI）

ねらい

  • LED、Button、PWMLED、Servo、DistanceSensor などを**“部品クラス”**として呼び出すだけで利用開始。

  • イベント駆動（when_pressed 等）・安全なデフォルト・わかりやすい命名で、学習コストを最小化。

できること

  • ボタン・LED・サーボ・距離/光センサー等の高レベルクラス

  • 非同期イベントとタイマーの簡易利用（無限ループのポーリング不要）

  • “ピン番号の迷子”対策、クリーンアップやデバウンスの良い初期値

使う嬉しさ

  • コードが短い・読みやすい・壊れにくい

  • 回路図とクラス名が一致しやすく、記事や授業スライドと親和性が高い

  • チーム開発で“作法のバラつき”を減らせる

【情報】
gpiozero は内部で RPi.GPIO などのバックエンドを利用します。必要になれば、低レベルAPIと併用・切替も可能です。

⚖️ RPi.GPIO と gpiozero の比較（実務目線の判断表）

  • 思想

    • RPi.GPIO：ピンを直接叩く“薄いドライバ”

    • gpiozero：部品を操作する“高レベル抽象”

  • 学習コスト

    • RPi.GPIO：中（手続き的・自由度が高い）

    • gpiozero：低（宣言的・誤りにくい）

  • バグの温床

    • RPi.GPIO：デバウンス/cleanup/番号系/排他を自前管理

    • gpiozero：多くを初期値とクラスが吸収

  • 拡張性・微調整

    • RPi.GPIO：細かいタイミングや例外処理を握りたいときに強い

    • gpiozero：一般的な範囲は十分。特殊要件はバックエンド直叩きも可

  • 教育・共有性

    • RPi.GPIO：仕組み理解に最適

    • gpiozero：授業・記事・ハッカソンで“動かす速度”が速い

【成功】
「まず gpiozero で完成→必要箇所だけ RPi.GPIO に“降りる”」のハイブリッド運用が、最短で品質とスピードを両立します。

🧪 用途別レシピ発想（コードは擬似記述で要点だけ）

LEDの点滅（最短で動かしたい）

  • gpiozero：LED(pin).blink() を呼ぶだけ。プログラム終了時の後片付けも原則お任せ。

  • RPi.GPIO：setup→whileでHIGH/LOW→sleep→cleanup を自前で構成。

ボタン＋イベント（チャタリングに悩みたくない）

  • gpiozero：Button(pin).when_pressed = handler の1行でイベント化、bounce_timeも簡単。

  • RPi.GPIO：add_event_detect と bouncetime 指定。例外・再入・多重登録は自衛が必要。

サーボ・PWM（素早く試作→微調整へ）

  • まず gpiozero の Servo / AngularServo / PWMLED で“動く値”を掴む。

  • その後、RPi.GPIO の PWM に降りて周波数やデューティを詰める。

複数センサーの同時監視

  • gpiozero：複数 when_* ハンドラで自然にイベント駆動化。

  • RPi.GPIO：イベントキューやスレッド化の設計を自分で裁く（柔軟だが設計力が要る）。

🧱 設計指針（落とし穴を先回りで潰す）

  1. ピン番号は“BCM”で統一（資料・サンプルの再現性が高い）

  2. 共通ユーティリティを用意

    • RPi.GPIO：init_pins() / safe_cleanup() / edge_handler() をチームで共有

    • gpiozero：クラス生成のラッパ（pinマッピング・共通設定）を一箇所に集約

  3. イベントは“最小の副作用”で書く

    • ハンドラ内でI/Oを長時間ブロックしない（別スレッド／キューへ）

  4. 例外と後片付け

    • try/finallyで cleanup 保証（gpiozero でも長期運転なら明示の close を検討）

  5. 電気的安全

    • 3.3V直結NGのデバイスは必ずドライバIC/レベル変換を挟む。インダクティブ負荷は逆起電力対策。

【危険】
5Vや外部電源の誤配線は、SoCを一発で破壊します。疑わしい回路はまずブレッドボード上で低負荷デバイスから検証を。

🧰 併用・移行のコツ（“二段ロケット”運用）

  • プロトタイプ：gpiozeroで部品クラス中心に素早く動かす

  • 性能/精度要件が出た箇所のみ：その部位だけ RPi.GPIO の生APIに差し替え

  • バックエンド切替：gpiozero は RPi.GPIO を裏で使えるため、学習資産が無駄になりにくい

【情報】
テスト時は“モック”でロジック部分を単体試験→実機I/Oは最終段だけ差し替えると開発効率が跳ね上がります。

🧾 よくある誤解と対策

  • 「gpiozero はおもちゃ、実運用は難しい」→誤解。安全な初期値・イベント駆動・部品クラスはむしろ保守性に効く。

  • 「RPi.GPIO は古いから非推奨」→誤解。いまも“基礎体力”として価値が高い。

  • 「両者は競合」→誤解。設計レイヤが違う。使い分け・併用が正解。

🧩 まとめ：最短で“動く”、必要なだけ“掘れる”

  • まずは gpiozero で「部品をつなぐ感覚」で成功体験を積む

  • 要件が厳しくなったら、その部分だけ RPi.GPIO に降りて微調整

  • 設計と安全対策（番号統一・イベント最小化・cleanup保証・電気的保護）を“型”にする

【成功】
記事のテンプレをそのまま使えば、教育・試作・小規模運用は gpiozero 主体、大規模/高精度は RPi.GPIO 併用の二刀流でほぼ網羅できます。

必要なら、このページに**“用途別スニペット集（gpiozero版・RPi.GPIO版の対訳）”**を追補します。欲しいデバイス（例：HC-SR04、PIR、人感、I2C温度、サーボ、リレーなど）を挙げてくれれば、そのまま貼れる実用サンプルを作るよ。

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