树莓派的学习(一)——实验前的准备

树莓派的学习(一)——实验前的准备

前言

早就听说过有趣的树莓派,今天开始我就要开始学习一下怎么玩这玩意了,哈哈

 

 

 

 


学前准备

什么是树莓派(RaspberryPi)

树莓派是储存仅有一个信用卡大小的一个小型电脑,微型电脑,其系统基于Linux

树莓派的作用

你可以将树莓派连接电视、显示器、键盘鼠标等设备使用

树莓派有多种用途,包括文字处理、电子表格、媒体中心甚至是游戏,并且树莓派还可以播放高至1080p的高清视频。

我这里使用的是一个4B版本

硬件设施

搭建一个树莓派开发系统,你至少需要一个raspberry主板、电源适配器、电源线、TF卡、读卡器、简单的排线引出IO口和面包板。

如果想更骚,还可以结合显示器、传感器、键盘等设备。

 

Raspberry Pi 4B主板

以我的4B版本的主板为例,主板组成如下:

电源适配器

树莓派正常工作需要一个较为稳定的电源适配器提供电源,很多情况下需要电脑usb接头以外的插头进行供电,

 

面包板

面包板是电子原型设计的基础。它用于在完成任何电路设计之前快速构建和测试电路。

它上面有许多孔,可以插入传感器模块和分立元器件以及跳线等元件。

面包板使您可以轻松插入和移除组件。

因此,如果将要发生很多变化,或者您只是想要快速制作电路,那将比焊接电路快得多。因此,在大量实验中,它经常用作连接两个或更多设备的连接。

通常,有两种类型的面包板:全+和半+:

  • 半+面包板:完整+面包板的一半
  • 全+面包板:完整+面包板

面包板的结构大致如下图:

TF卡

树莓派不带硬盘,Micro SD卡就是硬盘,最小容量为8G,推荐使用16G和32G的卡。

烧入系统时需要配套读卡器,在电脑上操作。

跳线

连接两个端子的电线称为跳线。

有各式各样的跳线,这里我们重点关注在面包板中使用的那些。其中,它们用于将面包板上任何位置的电信号传输到微控制器的输入/输出引脚。

跨接线通过将其“端部连接器”插入面包板中提供的插槽中来安装,在其表面下有几组平行板,这些平行板根据面积以行或列组为单位连接槽。将“端部连接器”插入面包板中,无需焊接,即可安装在特定原型中需要连接的特定插槽中。

有三种类型的跳线:母对母、公对公、公对母。

T型板

树莓派主板上有40个IO口,但是为了实验,一般会采用一个转接板把树莓派的IO信号转接出来,方便树莓派GPIO外接,方便对树莓派GPIO进行外界,可适用于面包板实验。

 


RaspberryPi系统安装与网络

系统安装

树莓派支持多种操作系统,主要包括有Raspbian、windows 10 IOT、UBUNTU MATE等等。

我们最常使用的版本为Raspbian系统(目前为止,raspberry 4B 的支持系统并不全,推荐使用官方Raspbian系统)。

接下来,我们主要以安装Raspbian系统作为讲解。

我们可以登录https://www.raspberrypi.org/downloads/获取最新版本系统进行安装。

这里我选择下载的是这个有桌面和推荐软件的Raspbian(以前叫Raspbian,现在叫Raspberry  Pi  OS)

然后我们等待下载即可,如果使用压缩包下载,要注意最后解压路径不能含有中文!!!

 

在Windows上格式化SD卡

如果是直接使用过的SD卡,请先进行格式化,这里分享一个软件:

链接:https://pan.baidu.com/s/1Dy8BxEYGFPC1PRwSOetB7g
提取码:xhbg

如果是新的SD卡,可以直接进行下一步

 

在Windows上安装Raspbian系统

在安装系统之前,我们需要一个系统安装工具,推荐etcher软件,官方网站

安装完成后,我们就开始操作:

首先,将TF卡(树莓派的硬盘)插在读卡器里面,然后查到电脑的USB接口上。

在Etcher中选择刚才下载的镜像文件,然后选择盘符,然后开始烧录。

期间或者完成后如果提示不可识别文件系统或者要格式化磁盘,格式化磁盘即可。

最后出现Flash Complete!即安装成功。

很多朋友会发现,烧录完成后,16/32/64G的TF卡在盘符中显示只有252MB了,这是什么原因呢?

烧录好树莓派Raspbian系统的TF卡被分成两个分区,一个FAT32的Boot分区(Windows可识别),和一个(或数个)Ext4的Linux主分区。因此Windows只能识别Fat32分区。

开机连接(网线连接)

这里我是无显示器操作,无屏幕远程连接树莓派主要考虑两种:SSH远程连接、VNC远程连接,但是VNC远程连接需要进入系统设置后才能使用,所以我们使用SSH连接方法。

开启SSH

我们在SD卡的根目录(boot中),新建一个SSH文件(无后缀):

硬件连接并开机

接下来我们把TF卡插给树莓派,连接上网线,连接好电源,等网线接口指示灯点亮后就可以继续后面的操作了。

获得树莓派的IP地址

接下里就是获取IP地址的问题了,可以使用网线将树莓派与笔记本相连,然后利用共享网络等方法获取IP地址;也可以登陆路由器后台查看,我这里使用一个软件Advanced IP Scanner获取

Advanced IP Scanner链接:https://pan.baidu.com/s/1O9IOQj2TU3WxArTkqWjm5g
提取码:9c2y

使用SSH工具远程登录树莓派

我这边已经得到IP了,然后我们可以使用一个SSH客户端工具远程登录,这类工具有很多,我以Putty为例。

IP的22端口进行连接,默认用户名pi,密码raspberry。

可以ping一下百度,看看是否已经进入网络环境中。

开机连接(无线连接)

我们还可以改树莓派配置无线网络,避免以后一直用网线连接的处境。

创建两个文件,一个ssh,一个wpa_supplicant.conf,注意一个没有扩展名,一个是conf。

其中wpa_supplicant.conf写入如下内容:

country=CN
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1

network={
	ssid="网络一名字"  
	psk="网络一密码"
	priority=优先级
}
network={
	ssid="网络二名字"
	psk="网络二密码"
	priority=优先级
}

例如我的配置好了是这样:

country=CN
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1

network={
	ssid="PHICOMM_99B8"
	psk="qaz58630"
	priority=5
}

然后我们将这两个文件放到boot盘中

然后将TF卡插入树莓派,连接电源正常开机即可。

使用wifi后使用的是树莓派的无线网卡,IP地址应该会变,如果要连接最好重新看一下树莓派的局域网IP。

 

 


T型板面包板连接说明

我们在后续的实验中,需要使用T型板来搭建电路,所以需要把T型板和面包板和树莓派连接起来,如下步骤所示:

给树莓派供电和连接40P软排线及T型面包板

按照如上图所示的顺序,把电源线和40P排线及面包板连接好,一定要注意40排线的方向,实心三角形标志代表第1管脚,如果40P排线的方向接反,可能会带来不必要的麻烦。

 


远程VNC桌面服务访问

在前面,我们已经通过了SSH访问了树莓派,现在我们来了解一下VNC服务。

概念

VNC  (Virtual Network Console)是虚拟网络控制台的缩写。它 是一款优秀的远程控制工具软件,由著名的 AT&T 的欧洲研究实验室开发的。

操作

开启VNC

通过SSH登录到我们的树莓派上面。

然后输入命令打开设置界面

sudo  raspi-config

选择Interfacing  Options ,回车

然后选择VNC,然后开启VNC(选择yes),然后回车即可开启。

最后回到主界面,选择Finish使得所有设置生效。

最后重启一下,让服务开启。

sudo  reboot

VNC-Viewer软件

接下来我们使用VNC-Viewer软件来实现在电脑端访问到树莓派的桌面,从而操作树莓派。

分享链接:https://pan.baidu.com/s/1Gh1pqbJJj6eL7chDCukbsQ
提取码:06y1

 

然后我们输入IP地址创建一个连接,初始账号:pi,密码:raspberry,点击OK。

如果你的VNC Viewer出现了提示“Cannot currently show the desktop”,这是因为分辨率的原因,解决方法:

sudo raspi-config

打开配置界面,然后Advanced Options ==》Resolution,分辨率换一个即可,我是选择了DMT  Mode  16。

然后就可以正常显示了!

Raspbian系统自带不少游戏,还挺好玩的,哈哈哈~

 

感觉树莓派表面温度高,想知道树莓派cpu温度

ssh下,方法一

pi@RaspberryPi:~ $ /opt/vc/bin/vcgencmd measure_temp
temp=51.5’C

ssh方法二

pi@RaspberryPi:~ $ cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/temp
50464

此处,除以1000,单位是℃。

FileZilla

FileZilla是一个基于SSH服务的文件传输软件,我们通过SSH服务传输文件。

使用也非常简单,设置好局域网树莓派的IP地址,然后登陆即可,用户名和密码还是pi和raspberry(当然前提你没有改过),端口是22。

这就和以前那些FTP软件使用一样。

 


IO口介绍与编程环境搭建

raspberry的IO口介绍

树莓派的IO口,一共有四十个管脚,具体定义如下:

目前,RaspberryPi有三种引脚编号的方法,根据引脚的物理位置编号,由C语言GPIO库wiringPi指定的编号,由BCM2837 SOC指定的编号。

如果我们想要基于wiringPi库以C语言运行Raspberry Pi GPIO,请选择由wiringPi指定的编号。从上图可以看出,wiringPi中的GPIO0对应于物理位置的编号是引脚11,以及物理引脚27对应着wiringPi的GPIO30管脚。

什么是GPIO?

GPIO(英语:General-purpose input/output),通用型之输入输出的简称,功能类似8051的P0—P3,其接脚可以供使用者由程控自由使用,PIN脚依现实考量可作为通用输入(GPI)或通用输出(GPO)或通用输入与输出(GPIO),如当clk generator, chip select等。
既然一个引脚可以用于输入、输出或其他特殊功能,那么一定有寄存器用来选择这些功能。对于输入,一定可以通过读取某个寄存器来确定引脚电位的高低;对于输出,一定可以通过写入某个寄存器来让这个引脚输出高电位或者低电位;对于其他特殊功能,则有另外的寄存器来控制它们。

使用我们的T型扩展板采用的是BCM编码,这里需要注意的是G27其实就是我们的BCM编码的R1:21/R2:27管脚,其他管脚查看我们的管脚对应关系即可,后续的操作我们主要是用T型板进行操作。

wiringPi库介绍

引言

鉴于C语言牛逼哄哄的底层深度,我计划使用C/C++来玩树莓派。

所以我们需要安装一个wiringPi库,wiringPi库是一个用C语言编写的CPIO访问库,用于RaspberryPi中使用的BCM2837的IO口。它是在GNU LGPLv3许可下发布的操作库,可以使用C和C++以及许多其他语言和合适的封装库进行编程。它的设计主要是针对我们对Arduino编程比较熟练,操作起来比较方便。

注意,WiringPi仅在RaspberryPi上开发和测试,它适用于C和RTB BASEC程序。如果你想要在其他任何东西上安装它,那祝你好运。

Raspberry 4B主板如何安装wiringPi库

不同版本的树莓派主板的安装方法都是有出入的,一定要弄清楚自己的版本

目前 在树莓派4B主板上运行的wiringPi版本最低为2.52版本,安装方法如下:

cd /tnp
wget https://project-downloads.drogon.net/wiringpi-latest.deb
sudo dpkg -i wiringpi-latest.deb

其中wget那个网址如果速度太慢或不能响应的话,可以先用Windows主机下载,然后利用Filezilla等软件传给Raspbian系统。

测试是否安装成功

wiringPi包含许多GPIO命令,使您可以控制RaspberryPi上的各种接口。

我们可以使用gpio  -v来测试使用安装成功。

 

使用Geany  IDE进行C程序开发

简介

我们已经配置好了wiringPi的库,接下来我们来介绍一个IDE集成开发环境(IDE,Integrated Development Environment )

毕竟你一定不会喜欢vim去写c++

Geany是一个Raspbian系统自带的编译环境,你可以在左上角的菜单“编程”中找到,可以将Geany IDE视为一种更高级的文本编辑器,其中包括一些有用的功能:

  1. 利用文件扩展名,自动识别文件类型并应用正确的构建配置。
  2. 包含控制台输出,其中显示了构建消息和状态。
  3. 具有一个符号面板,显示程序的变量和功能。

事实上,RaspberryPi的资源通常都是为Python编写的,但是作为微型计算机,可以使用其他语言。

设置生成命令

首先我们在文档==》设置文件类型==》编程语言中选择C源文件

然后在Build=》Set Build Commands(设置生成命令)中,将Comoile栏和Build栏中把对应用到的编译库增加上,如用最基本的wiringPi库可以键入:gcc  -Wall  -c  “%f”  -lwiringPi。点击“确认”及保存,然后即可运行对应的代码程序,在后面的具体项目中,会分别对增加的库进行分别介绍。

 

具体编译和运行

Geany的右边三个符号,“金字塔变球”、“抽屉”、“纸飞机”,三个依次是“编译文件”、“生成运行文件”、“运行”

 

 


树莓派外壳的安装与散热片、散热风扇

安装散热片

一个优秀的散热系统主要是散热片和散热风扇,我们先来安装金属导热的散热片。

直接贴上去即可:

安装散热风扇

我的树莓派商家给提供的材料中有几个外壳,找到其中有大圆圈的外壳,卡住螺丝即可:

组装树莓派外壳

最后我利用商家提供的外壳,结合网上的各种文档组装了一下:

然后把风扇的那个板子盖上即可,注意风扇线要接上主板卡槽外侧那排引脚,红接二、黑接三。

大功告成!

图示我的安装方式的话,风扇是对CPU吸气,对外面是吹气,但是我看了很多文章说风扇应该对CPU吹气,所以我测试了一下:

不用风扇 56度
使用风扇对CPU吸气:45度
使用风扇对CPU吹起:41度

故最好还是对风扇吹气,上面的图示把风扇反过来即可。

 

 

 


准备工作大概就是这些了,后面我们就开始做实验,在每个实验中不断学习树莓派的知识。

 

 

 

 

 

 

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是的,我就是计算机界的枭雄!