Python自動化編程-樹莓派的介紹與使用(一)


 

Raspberry Pi(中文名為“樹莓派”,簡寫為RPi,(或者RasPi / RPI) [1]   是為學習計算機編程教育而設計), 只有信用卡大小的微型電腦,其系統基於Linux。  隨着Windows 10 IoT的發布,我們也將可以用上運行Windows的樹莓派。
研發樹莓派的目的是通過低價硬件及自由軟件來推動學校的基礎計算機學科教育。但很快樹莓派就得到計算機和硬件愛好者的青睞,他們用它學習編程,並創造出各種各樣新奇的、風靡一時的軟硬件應用。 [1]

 

目前樹莓派最新版本是第三代B型和B+型,一般簡稱B和3B+,下面是參數對比。


你還需要以下這些東西:
一張SD記憶卡
一個SD讀卡器,用於將系統映像寫入到SD卡中供電來源。我們用的是一個舊的安卓手機充電器,你需要一個5V的micro USB接口充電器為它供電。
如果你是用的普通顯示器而不是高清電視,你需要一條HDMI連接線與HDMI-DVI轉換器。如果你的顯示器支持HDMI或者你打算使用電視機進行連接,那么你就可以省去轉換器了。
USB接口的鍵盤和鼠標
一條以太網線

可選設備:
用於保護Raspberry Pi的盒子
除了鍵盤和鼠標之外,如果你打算要連接更多的USB設備,那么你需要一個USB Hub集線器。
我們在本文中使用的東西:
一個Model B Raspberry Pi
一張16GB Class 10 SanDisk Ultra SDHC記憶卡(傳輸率標為300MB/s)
一個原本用於HTC Inspire的舊充電器
羅技K260無線鍵鼠套裝(兩件只用一個接收器,因此只占用一個USB口)
一條RJ-45網線

設置
當你把上面的一切都准備好以后,我們就可以開始設置Raspberry Pi了

將Raspbian映像安裝到SD卡中
Raspberry Pi出來已經有一段時間了,也正因如此,無論你是在用Windows、Mac OS X還是Linux,都有好幾種方法將Raspbian的映像寫到你的SD卡中。然而為了讓這篇文章不變成介紹各種映像寫入軟件的文章,我們將會把最常用的方法展示給大家看:在OS X與Linux中我們將會用系統自帶的dd工具寫入,而在Windows中我們將會使用一個叫Win32DiskImager的工具進行。

為了讓過程便得簡單,我們建議你在開始操作前,先把下載文件夾清空。然后,從這里下載Raspbian.zip。在里面,選擇最新的Raspbian來下載。當然你也可以選擇使用BT來下載,為了能讓其他人繼續用BT下載,我們建議你在下載完成后繼續上傳。

把壓縮文件解壓以后,你將得到Raspbian的映像文件,這個時候打開終端窗口。如果你使用的是OS X 10.7或更高版本,你可以從應用程序中的工具(10.7)或者其他(10.8)中找到終端窗口。打開后,使用”cd ~/Downloads”來進入下載文件夾。

如果你在開始前清空了你的下載文件夾,那么現在里面應該有兩個文件,輸入”ls”來確認是否分別有一個img后綴與一個zip后綴的文件,如下圖:

接下來就要開始將解壓出來的映像文件寫到SD卡中了,很可惜這個操作並不是直接把文件拷到卡中那么簡單。首先,我們在把SD卡插到你的Mac之前,要把你電腦分區狀態先搞清楚。如果你已經迫不及待把卡插了進去,那么先把它安全移除吧。

在終端窗口中輸入”df –h”,你應該會看到類似這樣的結果

現在,插入你的SD卡,再運行一次剛才的命令,你會發現多了一個”/dev/disk1s1”的設備。把它先記下來,等一會兒把它轉換成原始設備名稱時會用到的。

接下來,你需要先從系統中把卡卸載掉,以便”dd”這個工具可以將映像寫入到SD卡中。在終端窗口輸入”sudo diskutil unmount /dev/disk1s1”,然后輸入你的系統密碼。

如果操作成功的話,你會看到最后那一行字:”Volume XXX unmounted”中的XXX是你SD卡的名稱。現在我們就可以往卡上寫入映像了。

記得剛才讓你記下來的設備名么?現在就是用到它的時候了。將你的設備名(例如/dev/disk1s1)最后的s1去掉,然后在disk前面加上r,變成”/dev/rdisk1”,這樣你就得到SD卡的原始設備名稱了。

也就是說,”/dev/disk1s1” = “/dev/rdisk1”。懂了嗎?

然后在終端中輸入以下命令:”sudo ddb s=1m if=2012-06-15-wheezy-raspbian.img of=/dev/YOURDISKNAME”。將YOURDISKNAME改成你的原始設備名稱,通常這個都是/dev/rdisk1。

寫入的過程需要一點時間。當”dd”完成了它的工作以后,將桌面的SD卡圖標拖進回收站中以將SD卡安全移除。

准備工作就完成了!直接到“初次啟動你的Pi”部分吧。

Our prep work is finished! Skip ahead to "Booting your Pi for the first time."

如果你使用的是Linux

無論你使用的是哪一個發行版的Linux,”dd”這個工具通常都是默認安裝的。對於接下來的操作,我們假設:

1) 你的sudo程序已經設置妥當,而且你知道如何使用它

2) 你的Linux中已安裝fdisk工具(大多數發行版都默認安裝)

在這里我們使用的是最為流行的Linux發行版Ubuntu,其中”dd”, “fdisk”已默認安裝,並且”sudo”也已預先為用戶配置好了。

首先,從這里下載Raspbian的最新版本壓縮包。同樣,你也可以選擇使用BT下載。在你下載完成以后,第一個操作自然就是解壓。

打開一個終端窗口,然后使用”cd ~”命令將工作目錄變更到你的主目錄中。輸入”unzip imagename.zip”,將imagename替換為剛才你下載文件的名字。

如果你找不到剛才下載的壓縮包,你可以嘗試使用”cd ~/Downloads/”進入下載目錄尋找。

接下來,我們要確定你的SD卡在系統中的設備名稱。插入你的SD卡,然后在終端中輸入”sudo fdisk –l”。

注意看列出來的設備:你運行命令后得出的結果跟上面顯示的應該很相似

這里看到,/dev/sda是一個大小250.1GB的設備,而/dev/sdb是一個15.9GB的設備。很明顯,/dev/sdb就是我們的SD卡。留意一下/dev/sdb下面顯示的分區:/dev/sdb1與/dev/sdb2,我們要在寫入映像之前將這兩個分區先從系統中卸載掉:

sudo umount /dev/sdb1

sudo umount /dev/sdb2

接下來,我們使用”dd”將映像文件寫入到SD卡中:”sudo dd bs=1M if=2012-08-16-wheezy-raspbian.img of=/dev/sdb”。跟在Mac中操作相同,這個過程需要一些時間來完成。

如果你看到終端顯示跟上面類似的文字,那么寫入已經完成了。現在,你可以跳到“初次啟動你的Pi”部分繼續閱讀。


如果你正在使用Windows

如果你正在使用的是Windows系統,有一個叫做Win32DiskImager的小工具可以幫你完成這項工作。把它下載下來以后,再把Raspbian的映像從這里下載下來。記得選擇最新版本的Raspbian。

當你把Win32DiskImager和Raspbian映像文件都下載下來以后,把他們都解壓出來。你可以把所有文件都解壓到桌面的一個文件夾中,方便接下來的操作。

將你的SD卡插入到你的讀卡器中,留意一下讀卡器在電腦中的盤符。將讀卡器接到電腦以后,打開剛解壓出來的Win32DiskImager程序:

在啟動時,Win32DiskImager可能會提示以下錯誤:(至少在Windows 7中是這樣的)

這個錯誤可以忽略掉,點OK繼續

點擊右邊的藍色文件夾圖標,然后選中剛才解壓出來的Raspbian映像文件。確保最右邊Device中的盤符為你讀卡器的盤符。

打開映像文件以后,點Write,然后點一下Yes確定操作。整個寫入過程需要一些時間來完成。

寫入完畢以后,你會看到下面的信息,這時你就可以把你的SD卡安全移除了。

 

初次啟動你的Pi

初次啟動Raspberry Pi時,你會看到一個叫做raspi-config的配置工具。如果在日后使用過程中你需要更改這些設置,你可以通過在Pi的命令行中運行raspi-config來使用這個工具。在這里,你需要進行一些最基本的設置來繼續使用你的Pi。

首先,我們要選擇expand_rootfs。它的作用是將剛才寫入到SD卡中的映像文件大小擴展到整張SD卡中。如果你使用的是一張較大的SD卡(例如16GB),那么你肯定像充分利用上面的空間。因為原本的映像只有大約2GB的大小,進行該操作就能將它擴展到與你的SD卡同樣的大小。

選中expand_rootfs選項,然后按下回車。你會看到如下提示,只需要再按一下回車就可以回到raspi-config的主菜單中。

接下來就是overscan選項。你會發現,屏幕顯示的圖像並沒有完全占用你的顯示器空間;所以,最后就是將overscan禁用掉,來讓系統充分利用整個屏幕。但如果你的屏幕顯示沒有問題,那么你就可以跳過這個步驟。假設你需要禁用overscan,那么將overscan選項選中后按下回車。

接下來的畫面能夠讓你選擇禁用(Disable)或者是啟用(Enable) overscan。如果你在往后使用的過程中更換顯示器或者電視機,你或許需要重新啟用overscan。

接下來,我們要確保我們的鍵盤正常工作。Raspbian默認的是英國鍵盤布局,而我們在中國使用的鍵盤布局與美國的相同,因此我們要對它進行更改才能正常使用。

選中configure_keyboard,然后按下回車。下面顯示的畫面中你會看到一個很長的列表,里面都是不同的鍵盤類型。你可以根據你的需要來選擇,或者直接選擇Generic 105-key (Intl) PC鍵盤。

 在選擇鍵盤類型以后,你需要為它選擇一個鍵盤布局。剛開始顯示的列表中,都只有英國的鍵盤布局,但是我們現在要選擇美國的鍵盤布局,因此我們選中其他(Other),然后再里面的列表選擇English (US)。

然后你會被問到關於輔助鍵的問題,選擇默認的選項,並且在下一個畫面中選擇No compose key選項。同樣,如果你需要更改這個設置,可以使用raspi-config來更改。

最后一個選項為是否打開CTRL+ALT+BACKSPACE的組合鍵。它可以在你的圖形界面崩潰時,不需重啟而將圖形界面進程結束掉。

回到主菜單,下一步我們要設置一個用戶密碼。

選中change_pass然后按下回車。一個確認窗口彈出以后,在屏幕的底下會提示你輸入一個新的UNIX用戶密碼。

到這里就差不多完成了。接下來設置你的“區域”,這個主要會決定系統使用的字符集和語言。同樣,如果你不想使用英國英語,那么你可以在這里更改這些設置。在演示中我們選擇的是美國英語,因此我們選擇en_US.UTF-8,並下翻列表將en_GB選項剔除

再下一個對話框中會讓你選擇默認的區域,選擇你剛才選的區域然后按回車繼續。

回到raspi-config的主菜單,設置適當的時區。選中change_timezone選項然后按下回車。你會先看到一個地區列表。

選擇一個地區,然后下一個菜單中會顯示該區域的具體位置。

再次回到主菜單,剩下還沒選過的選項我們可以忽略,直接點擊完成(Finish)。系統會提示你,一些變更需要重啟才能生效。重啟以后,你會看到一個登錄界面,如下:

在這里,用戶名為”pi”,密碼就是你剛才設置的UNIX用戶密碼。

使用你的Raspberry Pi

現在,你已經登錄到了你之前設置的Raspberry Pi中了。你要做的第一件事,就是在命令行中輸入”startx”來進入圖形界面,以下我們會把這個界面稱之為“窗口管理器”。

屏幕快速閃爍幾次后,你應該會看到如下畫面:(除了那個終端窗口以外)

歡迎使用LXDE窗口管理器。LXDE是一個非常輕量級,並且功能齊全的圖形界面,它能夠很好地運行在Raspberry Pi中。如果你從來未使用過LXDE,別擔心,它用起來跟Windows非常相似。點擊最左下角的圖標,你會看到一個應用程序列表。

現在能干嘛呢?

當你把Pi配置完成,並且打開了LXDE窗口管理器以后,你就得到了一台運行完整 Debian的Linux機器了。在這個時候,你可以使用Midori來瀏覽網頁,架設一個網頁服務器,或者是進行一些平常的工作。

但首先,我們要談的是Raspberry Pi本身最注重的方面:教育。特別是,軟件開發教育

在Raspberry Pi上撰寫你的第一個程序

Raspbian中預裝Python,它是Raspberry Pi的官方編程語言,還有IDLE 3,一個Python的集成開發環境(IDE)。我們將會教你如何使用IDLE在Raspberry Pi上寫一個簡單的程序。

在學習一門新的編程語言時,通常第一件事都是寫一個”Hello World!”的小程序。接下來我們要教你的跟這個也差不多,不過要比它稍微花哨一些。這是一個會問你的名字,然后作自我介紹的Python程序。

首先,直接雙擊LXDE桌面上的圖標來打開IDLE 3

點擊文件 > 新窗口,就會出現一個可以讓你輸入文字的空白窗口。

輸入以下內容到你的新窗口中:

#my first Python program

username = input("Hello, I'm Raspberry Pi! What is your name? ")

print ('Nice to meet you, ' + username + ' have a nice day!')

如下圖:

現在,點擊文件 > 另存為,然后將你的文件保存為”hello”,點擊保存。

現在就可以運行你剛才寫的程序了!

點擊運行 > 運行模塊,或者直接按F5鍵。

當IDLE 3窗口中提示你”Hello, I’m Raspberry Pi! What is your name?”的時候,輸入你的名字然后按下回車。你會看到Raspberry Pi對你做出回應。

 

樹莓派的引腳對照表:

 

 

 

 參考指南:https://post.smzdm.com/p/545912/

    http://www.waveshare.net/txt/RPi-UM.htm

 

Linux相關

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wget是一種下載軟件,類似與迅雷。

通過HTTP、HTTPS、FTP三個最常見的TCP/IP協議下載,並可以使用HTTP代理,

名字是World Wide Web”與“get”的結合。

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