物理ボタンを付けてRaspberry Piを安全にシャットダウンする方法

Raspberry Piの電源をオフする場合にUSB電源コードをそのまま引っこ抜くと、運が悪い場合はSDカード内のOSが壊れる可能性があります（私もその経験あります）。かと言って、SSHでログインして $ sudo shutdown -h now を毎回実行するのも非常に面倒です。 そこでRaspberry Piに物理ボタンを外付けして、安全にシャットダウンする方法をご紹介します。

はじめに

ここで紹介する手順は次のとおりです。

1. Raspberry PiのGPIOピンに物理ボタンを設置
2. ボタンを監視するPythonコードを作成
3. ②をシステムサービスへ登録

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記事の後半ではさらにLEDも追加して、Raspberry Piの電源オンオフ状態を分かりやすく工夫しました！ぜひ最後までご覧ください。

Raspberry PiのGPIOピンに物理ボタンを設置

押している間だけ導通するモーメンタリー型のスイッチを使用しました。

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このスイッチをRaspberry PiのGPIO27（物理番号13）とGround（物理番号14）に繋ぎます。

ボタンを監視するPythonコード

次に、適当な場所に shutdown_by_button.py としてボタンを監視するPythonコードを作成します。

#!/usr/bin/env python

import RPi.GPIO as GPIO
import os, time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(27, GPIO.IN, pull_up_down = GPIO.PUD_UP)  # GPIO27--Button--GND

def shutdown(channel):
  os.system("sudo shutdown -h now")

GPIO.add_event_detect(27, GPIO.FALLING, callback = shutdown, bouncetime = 3000)

while 1:
  time.sleep(100)

上記プログラムの内容はGPIO.add_event_detect でGPIOのイベントを検知し、shutdown 関数を呼び出して sudo shutdown -h now を実行させています。

解説

このスクリプトは、Raspberry Pi上で動作し、物理ボタンの入力を使用してRaspberry Piを安全にシャットダウンするためのものです。以下、簡単な解説です。

GPIOモードの設定

GPIOピンの設定

シャットダウン関数の定義

イベント検出の設定

無限ループ

最後のwhile 1:ループとtime.sleep(100)により、スクリプトは無限に実行され続け、この間ずっとGPIOピンの状態を監視します。time.sleep(100)はCPUの無駄な使用を避けるために追加されていますが、実際にはGPIOイベントによるコールバック関数の呼び出しで主な処理が行われるため、このスリープはそれほど重要ではありません。

このスクリプトを実行することで、物理ボタンを押すだけでRaspberry Piを安全にシャットダウンできます。これは、Raspberry Piをヘッドレス（モニターやキーボードなし）で運用する際に特に便利です。

スクリプトの権限変更

さて、 shutdown_by_button.py の権限を変更して、rootユーザーがスクリプトを実行可能なようにしておきます。

chmod 755 shutdown_by_button.py

プログラムをシステムサービスへ登録

先ほど作った shutdown_by_button.py をシステムサービスへ登録してデーモンとして実行させます。

[Unit]
Description=Shutdown/Reboot raspberry pi by GPIO button input
Wants=network.target

[Service]
ExecStart=/home/pi/batch/shutdown_by_button.py
Restart=on-failure
RestartSec=10s

[Install]
WantedBy=multi-user.target

続いてこの設定ファイルを反映させます。

sudo systemctl daemon-reload

スクリプトを開始させます。

sudo systemctl start shutdown_by_button

Raspberry Piの起動時にスクリプトが自動起動するように設定します。

$ sudo systemctl enable shutdown_by_button

こちらのコマンドでサービスの状態が問題ないか調べておきます。active となっていれば正常です。

$ sudo systemctl status shutdown_by_button
● shutdown_by_button.service - Shutdown/Reboot raspberry pi by GPIO button input
     Loaded: loaded (/lib/systemd/system/shutdown_by_button.service; enabled; v>
     Active: active (running) since Thu 2023-07-20 14:56:26 JST; 57s ago
     ...

これでサービスに登録されていることが確認できました。この画面は control + c で終了できます。以上ですべての設定が終わりました。

【発展】LEDも付けてみる

Raspberry Piの基板に実装されている2つのLEDだけですと、電源が入っているのかどうか判断しずらいです。そこでGPIOを使ってLEDを取り付けてみました。Raspberry Piが起動するとLEDが点灯し、シャットダウンさせるとLEDが消灯します。先ほど作った shutdown_by_button.py に追記する形で簡単に実現できました。

下図のようにLEDを追加して配線します。電流制御用の抵抗は1kΩを使いました。

#!/usr/bin/env python

import RPi.GPIO as GPIO
import os, time

# Select BCM(GPIO Number)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(27, GPIO.IN, pull_up_down = GPIO.PUD_UP)  # GPIO27--Button--GND

# LED Blink
GPIO.setup(17, GPIO.OUT)
GPIO.output(17, 1)

def shutdown(channel):
  os.system("sudo shutdown -h now")

GPIO.add_event_detect(27, GPIO.FALLING, callback = shutdown, bouncetime = 3000)

while 1:
  time.sleep(100)

こちらの動画のように、電源オンオフが目視で非常に分かりやすくなりました！とても便利なので、皆さんもぜひまねしてみてください。

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