Raspberry PI - это устройство имеющее достаточную производительность для того чтобы на его основе могли быть построены роботы способные распознавать образы, выполнять работу людей и прочие подобные устройства для автоматизации и выполнения сложных вычислительных действий. Т.к. тактовая частота процессора Raspberry PI 3 м.б. 1.2 ГГц а его разрядность 32 бита то Raspberry PI 3 значительно превосходит обычное Arduino у которого тактовая частота как правило 16 МГц а разрядность микроконтроллера 8 бит, Arduino безусловно занимает своё место в выполнении операций не требующих большой производительности но когда её уже не хватает Raspberry PI "приходит на помощь" и перекрывает такой большой диапазон возможных применений что можно быть абсолютно уверенным в целесообразности приобретения данного одноплатного компьютера Raspberry PI 3 (можно заказать по ссылке) . Т.к. Raspberry PI - это компьютер то для того чтобы его использовать нужно на него установить операционную систему (хотя существуют обходные пути но всё же лучше и проще установить операционную систему (ос далее)). Существует много ос которые можно установить на Raspberry Pi но одной из самых популярных (для использования с Raspberry Pi), наиболее подходящих для начинающих является ос Raspbian. Для того чтобы установить ос на Raspberry Pi понадобиться micro sd карта с расширителем для того чтобы её можно было вставить в обычный компьютер и записать на неё ос. Sd карта должна иметь не менее 4Гб памяти при установке полной версии Raspbian и не менее 8Гб для установки минимальных версий Raspbian. Минимальные версии могут не иметь (и скорее всего не имеют) графического интерфейса и много всего остального что может считаться лишним и занимает место. Для избежания проблем с отсутствием необходимых файлов, можно поставить полную версию. Можно использовать SD карту 10го класса и с 32Гб памяти (проверено работает (как см. видео ниже)). После приобретения карты памяти её надо вставить в компьютер в соответствующий разъём, после этого посмотреть с какой буквой появился диск в разделе "мой компьютер" и запомнить, потом надо скачать ос с официального сайта https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ нажав кнопку "Download ZIP" под "RASPBIAN JESSIE" для скачивания полной версии или под "RASPBIAN JESSIE LITE" для скачивания облегчённой но, для начинающих, лучше выбрать "RASPBIAN JESSIE" т.е. полную версию. После скачивания архива "RASPBIAN JESSIE" его нужно разархивировать, потом скачать программу (или от сюда https://yadi.sk/d/SGGe1lMNs69YQ), установить её, открыть, далее нужно в правом верхнем углу указать букву диска (запомненную ранее), найти разархивированный образ ос

И нажать кнопку "write".

После чего выведется окно с предупреждением и в этом окне надо нажать кнопку "Yes",

После того как запись закончиться и появится окно сообщающее об успешной записи (Write Successful) нужно нажать кнопку "Ok" в этом окне.

Потом закрыть программу, вытащить SD карту безопасным способом и вставить в Raspberry Pi.

Далее можно подключить к Raspberry Pi usb клавиатуру (или ps2 через переходник), usb мышь и монитор или телевизор через hdmi кабель или можно подключить ethernet кабель (но это для опытных пользователей поэтому далее рассмотрим первый вариант). После этого надо подключить питание через micro usb например от зарядного устройства от смартфона. После подключения питания начнётся установка операционной системы. Как правило в новых (на момент написания данной статьи) версиях ос уже настроена возможность связи с Raspberry Pi по SSH и поэтому для того чтобы настроить связь с Raspberry Pi 3 по wifi достаточно настроить только wifi, Для этого в правом верхнем углу экрана есть значёк на который нужно нажать и выбрать wifi,

После чего вписать пароль от данного wifi в появившееся текстовое поле,

После этих действий wifi на Raspberry Pi 3 будет настроен и дальше можно будет не используя провода программировать Raspberry Pi 3 удалённо по wifi. После настройки Raspberry Pi 3 можно выключить вписав в командной строке (в программе LXTerminal которую можно открыть двойным кликом по иконке программы) команду sudo halt или нажав соответствующие кнопки выключения в графическом режиме, после окончательного выключения можно отключить питание и при следующей подаче питания Raspberry Pi 3 включиться с wifi. Теперь чтобы программировать Raspberry Pi 3 по wifi нужно выяснить какой у него ip адрес. Для того чтобы это сделать надо подать питание на Raspberry Pi 3, дождаться окончания загрузки ос, зайти в веб интерфейс маршрутизатора (вписав в строке браузера 192.168.1.1 или то что надо для входа в веб интерфейс, ввести логин и пароль), найти вкладку DHCP Leases или что то подобное, найти там строку с raspberry и ip адрес Raspberry Pi 3.

Далее нужно открыть программу PuTTY (если её нет то перед этим скачать (или ) и установить) поставить порт 22, соединение по SSH, вписать в поле "Host Name (or IP Adress)" ip адрес Raspberry Pi 3,

После чего нажать кнопку "Open" внизу окна, далее появиться чёрное окно с предложением ввести логин. По умолчанию логин "pi" - его надо ввести и нажать enter. Далее надо ввести пароль, по умолчанию "raspberry". При вводе пароля он не отображается - это нормально. После того как пароль введён невидимыми буквами нужно нажать enter и если всё было сделано правильно то мы получим доступ к Raspberry Pi 3 если нет то нужно повторить действия. После того как получен доступ к Raspberry Pi 3 можно его программировать, для начала нужно войти в папку "pi" для этого надо вписать команду

И нажать enter (после cd обязательно пробел).
Теперь можно открыть текстовый редактор nano. Nano - это специальный текстовый редактор который есть на большинстве ос на подобии Linux и в котором можно написать программу для Raspberry Pi. Для открытия этого редактора и одновременно с этим создания файла с названием "first" и расширением "py" нужно вписать команду

И нажать enter. Откроется редактор nano и можно заметь что его интерфейс немного отличается но в основном - это то же чёрное поле в которое надо вписывать команды. Т.к. мы хотим управлять портами ввода вывода общего (GPIO) то прежде чем запустить программу по управлению этими портами, нужно подключить к ним какое нибудь устройство чтобы можно было видеть что управление получилось. Надо также отметить что пины настроенные как выходы у Raspberry Pi могут выдавать очень небольшой ток (предполагаю что до 25мА) и учитывая что Raspberry Pi это всё таки не самое дешёвое устройство то настоятельно рекомендуется позаботиться от том чтобы нагрузка на выводы не была слишком большой. Маломощные индикаторные светодиоды, как правило, могут использоваться с Raspberry Pi т.к. им для того чтобы светиться достаточно небольшого тока. Для первого раза можно сделать приспособление с разъёмом, двумя встречно параллельно включёнными светодиодами и резистором с сопротивлением 220Ом включённым последовательно со светодиодами. Т.к. сопротивление резистора 220Ом, ток обязательно проходит через этот резистор и нет параллельных путей его прохода, напряжение на выводах 3.3В то ток не будет больше чем 3.3/220=0.015А=15мА. Подключить это можно к свободным GPIO например к 5 и 13 как на схеме

(распиновка взята с https://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi), выглядеть это может примерно так:

После того как всё аккуратно и правильно подключено и есть уверенность в том что ничего не сгорит можно скопировать в редактор NANO первую простенькую программу на языке Python

Import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(13, GPIO.OUT)
GPIO.setup(5, GPIO.OUT)
GPIO.output(13, True)
GPIO.output(5, False)
time.sleep(1)
GPIO.output(13, False)
GPIO.output(5, True)
time.sleep(1)
GPIO.output(13, True)
GPIO.output(5, False)
time.sleep(1)
GPIO.output(13, False)
GPIO.output(5, True)
time.sleep(1)
GPIO.output(13, True)
GPIO.output(5, False)
time.sleep(1)
GPIO.output(13, False)
GPIO.output(5, True)
time.sleep(1)
GPIO.cleanup()

Потом нажать

После выхода из редактора NANO можно ввести команду

Sudo python first.py

После чего светодиоды помигают некоторое количество раз. Т.е. получилось управлять портами ввода вывода общего назначения по wifi! Теперь давайте рассмотрим программу и выясним как это получилось.
Строка:

Import RPi.GPIO as GPIO

Это подключение библиотеки "GPIO" для управления выводами.
Строка:

Это подключение библиотеки "time" для задержек.
Далее идёт установка режима GPIO:

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

Конфигурация выводов 5 и 13 как выходы:

GPIO.setup(13, GPIO.OUT)
GPIO.setup(5, GPIO.OUT)

Установка логической единицы на выводе 13, установка логического нуля на выводе 5:

GPIO.output(13, True)
GPIO.output(5, False)

Задержка

Установка логического нуля на выводе 13, установка логической единицы на выводе 5:

GPIO.output(13, False)
GPIO.output(5, True)

Переводит все выводы в исходное состояние и программа завершается. Т.о. можно управлять любыми свободными пинами по wifi и если сделать питание 5В от аккумулятора то уже можно сделать какого нибудь автономного робота или устройство не привязанное проводами к чему либо стационарному. Язык программирования Python (питон) отличается от си подобных языков, например вместо точки с запятой, для завершения команды, в питоне используется перевод строки, вместо фигурных скобок используется отступ от левого края который делается клавишей Tab. В общем Python это очень интересный язык на котором получается легко читаемый простой код. После того как работа (или игра) с Raspberry PI 3 закончена можно его выключить командой

И после полного выключения убрать питание. При подаче питания Raspberry PI 3 включается и с ним снова можно работать (или играть). Заказать Raspberry pi 3 можно по ссылке http://ali.pub/91xb2 . О том как делается настройка Raspberry PI 3 и управление его пинами можно посмотреть на видео:

После успешного мигания светодиодами можно приступить к полномасштабному изучению данного компьютера и созданию проектов используя возможностями Raspberry PI 3 которые ограничены лишь вашим воображением!

Появление в 2012 году миникомпьютера Raspberry Pi пробудило творческую жилку у многих людей, что породило множество новаторских подходов к вычислительным системам, не виданных со времен восьмибитников.

Действительно, можно сказать, что вновь наступил золотой век компьютерной техники. В связи с этим ниже будут представлены 25 проектов, которые можно сделать с Raspberry Pi.

Предоставляет огромный выбор корпусов различных оттенков, выполненных по современной технологии литья пластмасс. И цена у них вполне приемлемая.

2. Сделай свой собственный корпус для Pi

Хотите сделать собственный корпус? В хранится чертеж корпуса, который можно распечатать. Этот шаблон можно вырезать и склеить.

3. Смотрим видео с Raspberry Pi

Теперь, когда ваш Pi находится в красивом корпусе, самое время подключить его к телевизору и смотреть медиа-контент с помощью ОС OpenELEC. Изучив инструкцию , вы сможете настроить всё в кратчайшие сроки.

4. Мини веб-браузер

Поскольку ваш Raspberry Pi подключен к телевизору, то почему бы не посерфить в сети на большом экране? Для этих целей вам нужно что-нибудь получше Midori, поэтому попробуйте Chromium. Просто зайдите в терминал, наберите sudo apt- get install chromium-browser и нажмите Enter.

5. ZX Spectrum Pi

ZX Spectrum получил вторую жизнь внутри Raspberry Pi. Для эмуляции этой 8-битной прелести напечатайте в терминале sudo apt-get install fuse-emulator-common и нажмите Enter. Введите «y» для подстверждения скачивания и установки.

После того, как Fuse будет установлен, и вы вернетесь к командной строке, напишите sudo apt-get install spectrum-roms fuse-emulator-utils и нажмите Enter. И затем, снова вернувшись к командной строке, напечатайте sudo amixer cset numid=3 2 и щелкнитеEnter.

Если Spectrum пробудил ваш аппетит к олдскулу, то оцените проект RetroPie. С помощью него вы можете эмулировать сокровища таких старых консолей, как SNES, Mega Drive и других подобных. Установка выполняется не слишком быстро, но результат того стоит. Следуйте этим инструкциям , и у вас все получится. можно бесплатно скачать классические игры.

8. Windows 3.0 на Pi

Раз уж мы начали говорить о ретро, то можно попробовать запустить DOS 6.22 и Windows 3.0 с помощью QEMU. Для начала посетите Kirsle и извлеките образ VirtualBox (VDI), затем, воспользовавшись VirtualBox, конвертируйте VDI в IMG, напечатав vboxmanage clonehd "image.vdi" "image.img" --format RAW (вместо image введите название вашего образа).

Далее инсталлируйте QEMU, прописав sudo apt-get install qemu . Затем конвертируйте исходный образ в образ QEMU qcow, напечатав qemu- img convert -f raw image.img -O qcow2 image.qcow . Наконец запустите образ, введя qemu image.qcow . Все это, конечно, далеко от совершенства и имеет тенденцию к подвисанию, но все же забавная штука!

9. Робототехника

Роботы — это прикольно, за исключением, наверно, тех, которые пытаются убить всех человеков. Существует множество проектов, связанных с робототехникой. В электронном журнале MagPi (со стр. 9) приводится описание, как сделать роборуку, приводимую в движение с помощью Raspberry Pi.

10. Еще про роботов

Поскольку мы затронули тему про роботов, то есть еще один замечательный проект , предполагающий совместное использование платформы Big Track и Raspberry Pi.

11. Обучение программированию

Raspberry Pi являет собой прекрасную основу для программирования с большим выбором языков программирования. Почитайте о некоторых из них на eLinux wiki .

Scratch — это язык программирования, который легко освоить и с которым достаточно просто работать. Он хорошо подходит для детей, начинающих изучать программирование, а также для создания серьезных проектов. Познакомьтесь с этим .

Хотя вы с помощью эмулятора можете играть в игры, предназначенные для Spectrum, программирование на языке BASIC через эмулятор не представляет собой то же самое. В таком случае воспользуйтесь SpecBAS , являющегося ремейком Sinclair BASIC.

Raspberry Pi мал да удал! Он представляет собой превосходный хакерский инструмент. Попробуйте запустить на нем проверочную систему обхода безопасности .

15. Firefox OS на Pi

16. RISC OS для Pi

Если вы тоскуете по прошлому, тогда попробуйте запустить RISC OS на своемRaspberry Pi. Файлы и полная инструкция находятся .

17. Клавиатура из алюминиевых банок

Клавиатура из пивных банок? Есть и такая! Команда Robofun подключила плату Arduinoвместе 40 алюминиевыми банками к Raspberry Pi. Посмотреть на это можно .

18. Сервер BitTorrent

Если вы частый гость различных торрент-сайтов, так почему бы не создать специальную торрент-машину? Просто подключите ее к своему роутеру и оставьте ее делать свое дело. Документацию, скрипты и файлы можно найти на snapdragon:IT blog .

19. Облачный сервер

Хотите организовать свой облачный сервер? Благодаря OwnCloud вы сможете это сделать. Следуйте инструкциям и настройте скрипт с petRockBlog . И в кратчайшие сроки вы станете облачным провайдером.

20. Беспилотник на Raspberry Pi

Это блестящая концепция — БПЛА на Raspberry Pi. Только подумайте о возможностях! Данное творение Maggie представляет собой, возможно, первый квадрокоптер на основеRaspberry Pi.

21. Погодная станция

Позволит создать прекрасный школьный проект — погодную станцию на Raspberry Pi. Используя погодную станцию с USB компании Maplin этот миникомпьютер может регистрировать всю необходимую информацию.

22. 10-дюймовый сенсорный экран

Используя 10-дюймовый сенсорный экран и преобразователь HDMI-LVDS, вы можете сделать тачскрин с Raspberry Pi. Полный набор может быть куплен на Chalkboard Electronics и затем собран, как в ролике ниже.

23. Домашняя автоматика

Любители игры Minecraft, ликуйте! Она доступна и на Raspberry Pi .

Обычные платы Raspberry Pi предназначены для простой вычислительной работы. Но, ознакомившись с инструкцией ребят из Университета Саутгемптона, вы сможете сделать из своего миникомпьютера суперкомпьютер.

Перевод сайт

   Благодарим Вас за интерес к информационному проекту сайт.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.

В этой достаточно длинной даже для блога статье описаны первые шаги уже немолодого "айтишника" на пути освоения новейшего подхода к информационному образованию в школах и ВУЗах развитых стран - физического компьютинга на devboard Raspberry Pi, чтобы сделать его доступным своему любимому ребенку и родной школе.

По ходу дела, мне впервые в жизни пришлось познакомиться с альтернативной "Wintel" аппаратной платформой (Raspberry Pi 3 на базе ARM-процессора), освоить работу в незнакомой операционной системе (Rasbian OS на базе Debian Linux), подружиться с новым языком программирования (Python), вспомнить азы радиоэлектроники .

В итоге, всего за 3,5 т.р. и месяц ожидания у моего ребенка появился достаточно мощный, уникальный по своим образовательным возможностям инструмент, сочетающий в себе бесшумный 4-ядерный компьютер размером с кредитную карту, вебсервер, медиацентр, центр управления датчиками "умного дома", лабораторию для освоения основ программирования, робототехники и радиоэлектроники - почти идеальное решение для школьного кружка информатики.
При этом, все программы на нем изначально бесплатны и в широком разнообразии доступны из онлайн-репозиториев, а вирусов не бывает в принципе.

Экскурс в историю обучения информатике в школе и ВУЗе

С конца 90-х тем или иным образом принимаю участие в развитии процесса информатизации образования в школах и ВУЗах.
В конце 80-х будучи старшеклассником "зацепил" начало внедрения компьютеров в школьное образование. Тогда это были компьютерные классы на основе микроЭВМ БК 0010 и учительского компьютера ДВК-2. С увлеченим осваивал программирование Basic. Книг тогда по нему практически не было. Вместе с преподавателем приходилось все изучать по брошюркам и "методом научного тыка". Перед окончанием школы в Чувашию приехал проект IBM "Пилотные школы". К счастью, в одну из школ Новочебоксарска (№14) был поставлен компьютерный класса на основе IBM PS/2. Тогда это было подобно чуду - настоящий компьютер "IBM PS" с "мышкой", флоппи-дисководом и шикарным 256-цветным экраном! Учительский компьютер имел 286-й процессор, 1 мегабайт оперативной памяти и 40Мб жесткий диск (который казался настолько большым по сравнению с флоппи-диском, что мы не знали, можно ли его вообще чем-то заполнить "под завязку"). Ко всему прилагался матричный принтер - "чудо враждебной техники".
Затем были 5 "перестроечных" лет учебы в университете, где в ходе учебного процесса я познакомился с кубинскими СМ ЭВМ (те самые, с катушками для записи данных и с тяжелыми металлическими клавиатурами). Но как раз в те самые годы ВУЗы по западным гратнам стали получать современные компьютеры IBM PC-XT 286 и IBM PC/AT 386. Снова я испытал потрясение, изучая Pascal, работая в Norton Commander и осваивая среду гипертекстовой верстки документов LaTex.
Работая несколько лет в школе после окончания ВУЗа имел счастье наблюдать, как в кабинетах информатики БК 0010 постепенно сменяются новыми, на порядки более мощными комьютерами Pentium с графической ОС Windows и офисными программами "на борту". Но дети продолжают изучать на них Basic и Pascal...
По роду деятельности одним из первых в родном городе зашел в Internet и тут же понял, что за ним будущее. Стал заниматься созданием вебсайтов разработкой интернет-проектов, познакомился с Linux- основной ОС Интернета и Perl - тогда самым популярным языком программирования интернет-приложений.
На какой то период времени отошел от школьного образования. Примерно через 10 лет нашел время и желание организовать кружок по компьютерной астрономии в родной школе (ныне гимназии). Практически на моих глазах старые Pentium-ы и Celesron-ы в компьютерном классе благодаря президентскому гранту сменились на мощные двухядерные ноутбуки. В учебной программе уже присутствовали офисные пакеты и графичекские редакторы, основы работы в интернет и знакомство с HTML. Но старые Basic и Pascal также остались...
И вот на дворе уже второе десятилетие нового тысячилетия. Дочка доросла до уроков информатики. От нее я узнал, что в школах все-так же изучают основы работы в Windows и... программирование на Borland Pascal...
А тем временем, во всем мире дети младшего школьного возраста уже пишут программы под Андроид, создают интернет-сервисы на сверхпопулярном языке Python и управляют со смартфонов умными домами на базе Linux-devboard"s с SoC-процессорами...
Задавал вопросы представителям системы образования, в чем проблема застоя с внедрением обучения современным технологиям в школе? Односложного ответа на этот вопрос не услышал. Понял лишь одно, что из-за непопулярности среди продвинутой молодежи профессии учителя информатики, длительности процесса написания учебных программ и пособий, переобучения учительсого состава и переоборудования компьютерных классов, в ближайшем времени моему ребенку в школе ничего не светит, если... Если внедрением новых технологий хотя бы в качестве внеурочной, или олимпиадной работы не займутся энтузиасты. К моему счастью, я сам энтузиаст, и мой первый учитель информатики тоже из их числа. Только нужно помочь с чего-то начать...

Arduino vs Raspberry Pi

Погуглив немного, выяснил, что самым современным в последние пару лет направлением информационного образования во всем мире становитя физический компьютинг - основа технологии IoT (Интернет вещей). Эта тема стала бурно развиваться благодаря появлению недорогой, но достаточно мощной аппаратной платформы Raspberry Pi и связанной с ней инфраструктуры - огромного сообщества преподавателей и этнузиастов, бесчисленнного множества стартовых руководств и учебников, тысяч разработчиков различных библиотек, широкого ассортимента готовых расширений и датчиков. До Raspberry Pi в школьном образовании за рубежом активно продвигалась тема освоения основ кибернетики и физического компьютинга на базе микроконтроллеров Arduino. Благодаря этому для Arduino в настоящее время существует богатый выбор различных датчиков, позволяющим детям под присмотром взрослых, к примеру, конструировать роботизированные платформы, чтобы устраивать примитивные "гонки роботов". В принципе, тема Arduino актуальна и по сей день, но как начальная часть процесса обучения физическому компьютингу, программированию и кибернетике. Raspberry Pi - следующий, существенно более продвинутый, фактически, не ограниченный по возможностям уровень...

Понять, чем отличаются, по своему хороши Raspberry Pi и Arduino можно, сравнив их возможности.

Arduino - это не являющийся полноценным компьютером однозадачный одноядерный микроконтроллер с малым объемом оперативной памяти, невысокой вычислительной мощностью, отсудствием мультимедийных и сетевых возможностей, но низким энергопотреблением и высокой скоростью реакции в критичных к времени проектах. Для управления Arduino требуется компьютер, или ноутбук с USB-портом, что существенно увеличивает стартовый бюджет одного учебного места. Для программирования Arduino необходимо будет изучать C-подобный язык. Arduino достаточно для быстрой реакции на сигнал с датчика, например, чтобы повернуть в другую сторону колесо робота. Но управлять роботом через интернет и обрабатывать маршрут Arduino уже не сможет.

Raspberry Pi (v3 Model B) - полноценный 4-ядерный одноплатный компьютер с 1Гб оперативной памяти и возможностью подключения через USB внешних накопителей, работающий под управлением современной Linux-системы, обладающий продвинутыми мультимедийными (Open GL, HD-Video) и коммуникационными (WiFi, Bluetooth, Ethernet) возможностями. За некоторыми оговорками, Raspberry Pi может с успехом использоваться в качестве полноценного ученического/студенческого компьютера, на котором можно, помимо основной задачи- физического компьютинга, слушать музыку, смотреть HD-видео, заниматься вебсерфингом, работать с документами в офисных редакторах, читать электронные книги и т.п... И при этом, не считая монитора (в качестве которого может выступать обычный ЖК-телевизор с VGA/HDMI-разьемом), USB-клавиатуры и мыши, стоимость одного учебного места на базе Raspberry Pi начинается с 2,5 т.р. На Raspberry Pi можно изучать основы программирования на любых языках. По умолчанию на него предустановлены Python, Scratch и Node-RED, но ничего не мешает через удобный интерфейс Debian-репозитория программ установить LAMP c PHP, Ruby, Java и другие популярные среды разработки. Также на Raspberry Pi, как полноценный Linux-компьютер, можно установить массу полезных бесплатных и полезных для освоения программ, в том числе, вебсервер Apache-основу современного Интернета, среду 3D-проектирования Blender, графический редактор The Gimp, векторные редакторы Xara-X и Inkscape, издательскую систему Scribus. И в добавок, Raspberry Pi располагает интерфейсом GPIO для управления датчиками, изначально предназначенными для Arduino. Более того, если требуется мгновенная реакция на события и АЦП-преобразования сигнала, к Raspberry Pi можно подключить Arduino и управлять датчиками через него!
В итоге, Raspberry Pi представляет собой самый доступный по цене персональный компьютер для учащихся и одновременено развитую аппаратно-программную платформу для «Интернета Вещей».

1. Покупка стартового комплекта Raspberry Pi

Итак, разобравшись, что минуя этап Arduino стоит сразу начинать с Raspberry Pi, я пришел к решению о покупке стартового комплекта для первоначального знакомства, освоения основ работы и азов физического компьютинга на Python, чтобы затем продемонстрировать все это в школе и заинтересовать энтузастов-преподавателей, а также продвинутых учащихся. Таким образом и началась моя эпопея с Raspberry Pi.

К счастью для россиян, все модели Raspberry Pi, включая самую совершенную v3 Model B, а также необходимые компоненты к ней можно заказать с доставкой на aliexpress.com.

По минимуму можно заказать только саму плату Raspberry Pi 3 Модель B с доставкой по цене 2200р. Для начала работы вам понадобится блок питания (зарядник для сотового/планшета) с miniUSB-разъемом, дающим на выходе ток 1А-1,5А, ЖК-монитор или телевизор с HDMI-разъемом, USB-клавиатура и мышь.

Я решил добавить 1,2 т.р. и купить необходимый набор компонент, с которым Raspberry Pi станет более удобным, производительным, совместимым и эффективным. Прежде всего, стоит купить комплект радиаторов для отвода тепла от SoC-процессора и памяти, чтобы они не перегревались на сложных задачах и не снижали производительность системы последовательным отключением ядер процессора и снижением тактовой частоты.
Также очень рекомендуется купить какой либо недорогой корпус, чтобы избежать неудобств и защитить детей от неприятностей. Я взял оригинальный корпус Модель R1 бело-малинового цвета.
Для начала освоения основ физического компьютинга вместе с Raspberry Pi сразу стоит заказать стартовый комплект датчиков и монтажную плату с шлейфом для интерфейса GPIO, которые не купишь в местных магазинах. На aliexpress.com существую готовые комплекты, состоящие из датчиков, монтажной платы со шлейфом и переходником, соединительных проводов, светодиодов, кнопок и резисторов. Но они показались мне немного дороговатыми... Поэтому, я взял почти все по отдельности, а светодиоды, кнопки и резисторы решил купить в ближайшем радиоларьке.

Мой список покупок через интернет:
1. Raspberry Pi 3 Модель B с блоком питания на 2,5А и двумя радиаторами для процессора и памяти - 2412р.
2. bredaboard с 40-жильным кабелем и переходником - 282р.
3. HDMI2VGA переходник - 233р.
4. Корпус, модель R1 - 280р.
5. Стартовый комплект из 16 датчиков - 510р.
6. Комплект соединительных проводов - 186р.
Итого : 3900р. (по ценам на февраль 2017г. при курсе рубля 57,70)

После примерно месяца ожидания все заказанные компоненты прибыли в целости и сохранности.

2. Подготовка Raspberry Pi к работе

До первого включения Raspberry Pi необходимо сделать несколько обязательных процедур. Внимание! Перед тем, как достать плату из антистатического пакета, обязательно снимите статическое электричество с рук, прикоснувшись к водопроводному крану или оголенному участку батареи отопления, иначем можете сжечь чувствительную электронику.
Сперва нужно наклеить радиаторы на процессор и микросхему памяти. Это не сложно: сначала отклеиваем защитную пленку с радиатора, затем аккуратно располагаем его над микросхемой, соответствующей ему по размеру и без усилия опускаем на нее радиатор. Сильно прижимать радиатор к микросхеме не надо, он и так будет хорошо держаться.
Затем нужно собрать из частей корпус и поместить в него плату. При сборке корпуса верхнюю крышку и сторону с вырезами под USB-разъемы устанавливаем после вставки (с некоторым усилием) в пазы платы Raspberry Pi.

3. Установка ОС Rasbian

Поскольку Raspberry Pi по умолчанию поставляется без предустановленной операционной системы и собственного носителя информации, его нужно будет купить, а систему скачать и самостоятельно установить.
В качестве системного диска Raspberry Pi на используется microSD-карта минимум 6 класса (скорость записи 6Мб/сек) объемом не менее 8Мб. В интернете советовали сразу покупать карту 10 класса, чтобы избежать возможных проблем с установкой ОС и работой Raspberry Pi.
В ближайшем компьютерном ларьке я купил microSD-карту 10 класса марки Sundisk объемом 8Гб.
Затем я скачал операционную систему Raspbian (на основе Debian Jessie) по адресу https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ . Выбирайте Raspbian Jessie with PIXEL - это дистрибутив с графическим интерфейсом и комплектом программ для начала продуктивной работы.
Как выяснилось, скачанный образ при распаковке из архива разворачивается до 4Гб и на диске с файловой системой FAT32 из-за ограничений на максимальный размер одиночных файлов записан быть не может.
Пришлось подключить внешний USB-диск с ФС NTFS и распаковать образ Raspbian ОС на него.
Для записи образа на SD-карту, потребовалось скачать программу Win32DiskImager по адресу и подключить microSD-карту к компьютеру через USB-кардридер.
Интерфейс программы до безобразия прост: в строке "Image File" надо указать на диске образ Raspbian ОС, в выпадающем списке "Device" выбрать microSD-карту и нажать кнопку "Write". Кстати, этой же программой время от времени стоит делать резервное копирование microSD-карты, вставив ее в кардридер, выбрав путь сохранения образа в поле "Image File", задав в выпадающем списке Device имя диска, под которым определиась microSD-картаи выбрав команду "Read".

4. Первый запуск

После успешного завершения процесса записи, вставляем microSD-карту в соответствующий разъем кардридера на Raspberry Pi, подключаем через HDMI-кабель, или HDMI2VGA переходник монитор, подключаем к нижним USB-разъемам клавиатуру и мышь, и только после этого подсоединяем блок питания. Поскольку Raspberry Pi не имее кнопки включения питания, подсоединение/отсоединение блока питания включает и выключает устройство. На всякий случай заранее напишу, что перед обесточиванием на Raspberry Pi желательно корректно завершить работу ОС, чтобы не возникали ошибки при последующем запуске.
К моему глубокому сожалению и ужасу, после подключения питания к Raspberry Pi на мониторе не загорелась заставка графической оболочки Pixel, а выскочила тирада из текстовых "ругательств", завершившаяся строкой "kernel panic" с номером ошибки.
Погуглив на смартфоне, я тут же выяснил, что, повидимому, Raspberry Pi не нравится моя microSD-карта (как позже выяснилось, скорости чтения/записи не достаточно для нормальной работы ОС Raspbian). Во время повторной записи образа ОС Raspbian на SD-карту я заметил, что скорость записи не привышает 4Мб/сек (соответствует 4-му классу SD-карты).
При повторном включении Raspberry Pi со злополучной картой я снова увидел "kernel panic". Пришлось сходить в ларек и поменять ее после некоторых объяснений на менее "брендовую" Prestigio microSDHC 8Гб 10 класса (U1). На "свежекупленную" microSD-карту образ ОС записался в два раза быстрее со скоростью примерно 9,5Мб/сек. При включении с ней Raspberry Pi тут же отобразила приветственное окно и через несколько секунд загрузки я с радостью увидел на дисплее интерфейс X-Windows с красивой заставкой в виде пустынной дороги, уходящей в сторону восходящего солнца.
По-видимому, карта Sundisk оказалась поддельной...

5. Знакомство с Debian Linux, первичная настройка Raspbian ОС, установка полезных программ

Вооружившись парочкой руководств на русском и английском языке, скачанных с различных гик-ресурсов, решил посвятить вечер выходного дня на первичную настройку удобной рабочей среды на Raspbian ОС.

Прежде всего, стоит сказать несколько слов о консоли Debian Linux. Она доступна по кнопке LXTerminal на верхней панели интерфейса Raspbian ОС.
В Linux-консоли вводятся команды для управления ОС, установки, запуска и удаления программ, внесения ручных правок в настройки самой ОС и ее отдельных компонентов. Для успешного запуска большинства команд требуется уровень доступа администратора (root-доступ). Для этого нужно перед командой вводить "sudo ".
Некоторые операции в Raspbian ОС доступны только из консоли.
Прежде всего, это доступ к программе настройки системы raspi_config. Именно в ней производится первичная настройка Raspbian ОС.
Для запуска программы настройки системы надо открыть LXTerminal и ввести в консоли команду:
sudo raspi-config

Первым делом, надо выбрать команду "Expand Filesystem", чтобы расширить файловую систему ОС на все доступное пространство microSD-карты.
Затем обязательно стоит поменять пароль root по умолчанию на доступ к системе через консоль и по SSH командой "Change User Password". Из косоли это далается командой "sudo passwd root".
Затем стоит запустить SSH-сервер для того, чтобы иметь возможность заходить на Raspberry Pi по терминальному протоколу SSH с другого ПК командой "SSH" в окне "Advanced Options".

Очень важно сразу поменять локаль (язык интерфейса) на русский и добавить русскую раскладку клавиатуры.
Это осуществляется в окне "Internationalisation Options". Смена локали осуществляется по команде "Change locale".
Надо выбрать локаль ru_RU.UTF-8 UTF-8. Смена раскладки клавиатуры производится по команде "Change keyboard layout". Далее придется в новом окне выбрать нужную раскладку (ru_RU.UTF-8), в следующем окне задать горячие клавиши смены раскладки, каждый раз подтверждая выбранные действия переходом кнопкой "Tab" клавиатуры на кнопку "Enter" окна программ и нажатием "Enter" на клавиатуре.
Стоит также в окне "Advanced options" перейти на пункт меню "Audio" и выбрать в новом окне варинат вывода звука по умолчанию на внутренний разъем 3.5mm jack, чтобы слушать звук в наушниках, подключенных к стандартному звуковому разъему Raspberry Pi.
После завершения настроек выбираем кнопку "Finish" и соглашаемся на перезагрузку системы.

Следующим этапом настройки Raspbian ОС рекомендуется выполнить обновление ее базы программ и установленных компонент.
Для этого последовательно введем в консоли следующие команды, дожидаясь окончания выполнения каждой из них до появления зеленого приглашения ввода консоли.
Обновление базы программ:
apt-get update
Обновление установленных программ
sudo apt-get upgrade
Удаления оставшихся после удаления программ библиотек, сопутствующих программ и др.
sudo apt-get autoremove
Выполнение второй команды обычно занимает 10-15 минут.
Вспоминая прежний опыт работы в Linux, поспешил установить файловый менеджер Midnight Commander.
sudo apt-get install mc
Без него перемещаться по структуре папок системы командой "cd" получается медленно и не удобно.

На всякий случай, у новичка всегда должна быть под рукой шаргалка по базовым командам Unix...

Ctrl+C - выход из открытой консольной программы (если не предусмотрено других клавиш)
Shift+Ins - вставить текст в консоль
Ctrl+Ins - копировать выделенный текст из консоли
sudo - ставится перед командой и выполняет ее с правами пользователя root
- выключение
sudo shutdown -h now - немедленная остановка системы и запуск процесса выключения
sudo shutdown -h 21:55 - остановка системы и выключение в 21:55
sudo shutdown -h now — выключение Raspberry Pi
sudo su - открыть командную строку с правами root
sudo -i - открыть командную строку с правами root
sudo cp - копирование файла (с ключом -r рекурсивное копирование)
sudo mv - перемещение файла
cat - вывод содержимого файла/файлов
cd — Переход в нужную папку. Например cd /home/pi
chmod - изменения прав на использование файла; u (означает пользователя, который владеет этим файлом), g (группа файлов) и o (другие пользователи), а также r (считывание), w (запись) и x (выполнение)
chmod u+x - устанавливает разрешение владельцу файла на его исполнение
sudo chown pi:root - смена пользователя и/или группы пользователей, которые владеют этим файлом, например пользователя на pi, а группу на root.
dir - покажет содержимое текущей папки
pwd - покажет ваше текущее расположении
date - покажет время и дату
cal - покажет календарь на текущий месяц
cal -y - покажет календарь на текущий год
wget - скачать файл в текущую директорию. Например wget http://mysite.com/myfile.deb
sudo apt-get update - обновит список пакетов с репозитария
sudo apt-get upgrade - обновит установленные пакеты
sudo apt-get install <название> - установка программы <название> из Debian-репозитория
sudo apt-get remove <название> - удаление программы <название>
info <название> -вывод информации о программе
apt-cache search <запрос> - поиск по базе Debian-репозитория программы или утилиты с описанием <запрос>
apt-cache search screen capture - поиск программ для создания скриншотов
sudo apt-get install mc - установка файлменеджера Midnight Commander (Mc)
sudo apt-get install links - установка текстового браузера Links
udo apt-get install scrot - установка утилиты для скриншотов
scrot -d5 - создание скриншота черех 5 секунд
sudo apt-get install synaptic - установка менежера пакетов Synaptic
sudo apt-get install x11vnc - установка VNC-сервера
x11vnc -desktop:0 - запуск VNC-сервера для удаленного управления через VNC-клиент, например realVNC (http://www.realvnc.com/download/viewer/)
top - запуск диспетчера задач
sudo nano - редактирование файла
sudo nano /boot/config.txt - редактирование файла настроек запуска Raspberry Pi
ifconfig — утилита конфигурирования сетевых интерфейсов
iwconfig - просмотр информации о беспроводных устройствах
sudo iwlist wlan0 scan — сканирование Wi-Fi
cat /proc/cpuinfo — смотрим инфо о процессоре
cat /proc/meminfo — отображает подробную информацию о памяти Raspberry Pi
cat /proc/partitions — показывает размер и количество разделов на Вашей карте SD или HDD
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/sca ling_cur_freq — информация о частоте процессора
<имя_программы> --help — отбражение помощи по программе
vcgencmd measure_temp - покажет температуру процессора
free -o -h - покажет, сколько свободной системной памяти доступно
vcgencmd get_mem arm && vcgencmd get_mem gpu — покажет распределение памяти между процессором и GPU
lsusb - список подключенных устройствах
mkdir newDir - создание директории newDir
rmdir oldDir - удаление пустой директории oldDir
rm <имя_файла> - удаление файла/папки (с ключем -r рекурсивное удаление содержимого папки)
& - запускает команду в фоновом режиме
curl - загружает файл либо с сервера, либо на него
grep "паттерн" *.txt - поиск в файлах по маске и заданному паттерну
ping <имя_сервера> - провера доступности сервера
df -h - свободное и занятое дисковое пространство на подключенных устройствах
scp myfile.txt [email protected]: - копирование файла myfile.txt на устройство [email protected] по SSH в папку /home/pi/
scp [email protected]:myfile.txt . - копирование файла myfile.txt с устройства [email protected] в текущую папку по SSH
scp *.txt [email protected]: - копирование всех текстовых файлов с устройства [email protected] в текущую папку по SSH
dd if=/dev/sdd of=backup.img - создание бэкап-образа SD-карты или USB-носителя (/dev/sdd)
dd if=/dev/sda of=/dev/sdb bs=4096 - побайтное копирование данных с устройства на устройство (dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=4k - очистка диска sda)
dd if=myfile of=myfile conv=ucase - прообразование файла в верхний регистр
dd if=myfile of=myfile conv=lcase - прообразование файла в нижний регистр
ls -l | dd conv=ucase - преобразует вывод команды в верхний регистр
apt-mark showauto > autopackagelist.txt - создание списка предустановленных приложений
apt-mark showmanual > manualpackagelist.txt - создание списка установленных вручную приложений

6. Тестирование Raspberry Pi в качестве десктопа

Итак, через полчаса настроек и обновлений Raspberry Pi готов к работе. Что мы имеем "на борту" по умолчанию?
Помимо средств разработки программ, на Raspberry ОС установлен базовый комплект необходимых приложений.
Для работы с документами предустановлены пакет Libre Office и средство просмотра PDF. Для продуктивной работы в интернет с Raspberry ОС поставляется броузер Chromium и почтовый клиент Claws Mail. Для удаленного управления с десктопа и мобильных устройств на Raspberry Pi установлен VNC Connect.
К сожалению, по умолчанию система не содержит медиаплеера с графическим интерфейсом для воспроизведения видео и аудио, но с консоли воспроизведение мультимедийных файлов можно запустить через программу omxplayer, поддерживающую аппаратное ускорение видео в полноэкранном режиме.
В системе имеется графический файловый менеджер Xfce, позволяющий перемещаться по папкам при помощи мышки, осуществлять файловые операции, открывать документы двойным кликом мышки. Как показала практика, по удобству и принципам работы он практически ничем не отличается от привычного нам Проводника.
Открытие меню и переход по папкам в интерфейсе Raspbian ОС осуществляется на удивление быстро, поживее, чем на моем стареньком двухядерном Celeron-е.
После инвентаризации установленного ПО любопытство подтолкнуло проверить скорость работы на Raspberry Pi в Интернет. Открыл в Chromium и первым делом зашел на родной портал cheboksary.ru: страницы открываются быстро и без тормозов. Во второй вкладке открыл соцсеть ВК. Стал прокручивать свою ленту при помощи колесика мышки - неприятных задержек подгрузки не заметил. Лента соцсети скроллится в броузере плавно, без рывков. В третьей вкладке открыл Youtube, а в нем - популярный видеоклип. Видео воспроизводится без задержек и рывков с достаточно хорошим разрешением и достаточно качественным звуком. Развернул видео на полный экран - воспроизведение продолжилось без рывков. Заметил единственный момент - немного заторможенную реакцию на клики мышкой по интерфейсу воспроизведения видео. Можно сказать, что тест на производительность работы в интернет Raspberry Pi прошел.
Проверил скорость рендеринга страниц электронной книги во встроенном в систему PDF-просмотрщике Xpdf. Для этого решил воткнуть в USB-разъем "флешку" и... система сразу ее распознала, открыв через пару секунд окно файлменеджера на папке /media/pi/usb/ с содержимым моего сменного носителя! Приятный сюрприз - в Raspbian ОС реализовано автомонтирование USB-drive! Как выяснилось позже, для демонтирования "флешки" перед отсоединением надо нажать на стрелочку в правом верхнем углу экрана и выбрать ее из списка.
Быстро выбрав нужный PDF-файл, просто кликнул по нему и увидел содержимое в окне просмотрщика. При скроллинге страницы электронной книги рендерились с задержкой примерно в одну секунду, что можно считать вполне приемлемым результатом. Единственный неприятный момент - просмотрщик не смог отобразить русские буквы в оглавлении книги.
Чтобы проверить воспроизведение музыки и видео с "флешки", решил не пользоваться консолью и установил для этого графическую оболочку на Python для системного проигрывателя omxplayer. Конечно, tk-интерфейс оболочки не блещет красотой и дизайном, но все-таки позволяет при помощи мышки выбрать нужные файлы и создавать плей-листы. Хотя в сети писали, что в окне на Raspberry Pi видео с аппаратным ускорением не воспроизводится, как оказалось, через omxplayerGUI это вполне возможно! Видео выводилось на экране с исходным разрешением в окне без рамки, но позволяло перетаскивать окно, причем, без остановки воспроизведения.
Одним словом, интернет на Raspberry Pi работает без ограничений, музыка и видео воспроизводятся, флешки автомонтируются, офисные документы редактируются, фотографии показываются. Что еще нужно для продуктивной работы?

Самая мощная на сегодня модель Raspberry Pi 3 Model B имеет разъём HDMI для подключения монитора, 4 USB-порта для подключения USB устройств, Ethernet-порт для подключения к сети, встроенный Wi-Fi и Bluetooth, 4 ядерный 64-битный процессор ARM 1.2 ГГц, 1 ГБ оперативной памяти. В отличие от обычных компьютеров на маленькой плате Raspberry есть 40 контактов (пинов) GPIO, который могут использоваться как на вход, так и на выход с применением различных протоколов взаимодействия с внешними устройствами, что и позволяет подсоединять к плате различные датчики и исполнительные приборы.

1. Внешний вид, основные элементы, корпус.

Итак, в наших руках Raspberry Pi 3 Model B.

Верхняя сторона выглядит так:

Нижняя сторона:

На нижней стороне установлены слот для SD-карты и оперативная память. SD-карта служит постоянным запоминающим устройством и содержит файлы операционной системы, программ и файлы пользователя.

Для удобства обращения с платой предлагается множество различных корпусов, а вот детали одного из них, они соединяются между собой без винтов:

Но сначала на процессор и графический чип стоит установить радиаторы, поскольку эти микросхемы прилично греются при активной работе платы:

Вот теперь можно собрать корпус и пометить туда плату микрокомпьютера:

Корпус имеет открывающуюся крышку для удобного подключения камеры, дисплея и контактов GPIO.

2. Подготовка к включению и первый запуск.

Для первого запуска Raspberry необходимо следующее:

• микро SD-карта с установленной операционной системой (OC) Raspbian, рекомендуемой для этого устройства (оптимальная емкость карты - 8 Гб, класс скорости - 10);
• монитор с HDMI входом;
• сетевой блок питания с выходным напряжением 5 В и током не менее 2 А, с выходным разъемом micro-USB;
• USB-мышь и USB-клавитура.

Образ операционной системы Raspbian, созданной на основе Linux Debian 8 Jessi, можно скачать в разделе Downloads сайта raspberrypi.org. Для начала можно воспользоваться образом RASPBIAN JESSIE LITE, как наиболее простым в изучении. Записать образ на SD-карту удобно из-под Windows с помощью программы Win32DiskImager. Способ установки и сама программа описаны на сайте Raspberry по адресу.

Вы также можете воспользоваться файлами, размещенными на нашем сайте в карточке Raspberry Pi 3 или напрямую скачать с Яндекс диска:

• образ операционной системы;
• программа Win32DiskImager.

Дальнейшее описание базируется именно на этом образе.

Мышь и клавиатура, подключенные к Raspberry без проблем распознаются системой. Можно также использовать беспроводную мышь и клавиатуру, например Bluetooth, но их надо настроить после запуска Raspberry, а для этого нужна хотя бы USB-мышь. У нас в хозяйстве не нашлось USB-клавиатуры, поэтому для первого запуска мы подключили USB-мышь, а также монитор и питание:

Кстати, на плате нет выключателя питания, она запускается сразу при подключении разъема, и начинается загрузка операционной системы. После загрузки на экране появляется рабочий стол с вполне привычными (но оригинальными) обоями и иконками:

На начальном экране имеются легко распознаваемые иконки Меню, интернет-браузера, менеджера Bluetooth, регулятора громкости, настройки сети и некоторые другие. Из них, пожалуй, самая нужная при настройке и работе - это черный экранчик в правой верхнем углу: терминал. С помощью терминала вводятся команды операционной системы. Поскольку далеко не все программы для Linux имеют графический интерфейс, их можно запустить и работать в них только посредством командной строки. Именно эту возможность и предоставляет терминал. Также все системные операции Linux, например установка и удаление программ осуществляются преимущественно через терминал. В OC используется программа LXTerminal, которая и запускается при щелчке правой кнопкой мыши по иконке. Следует заметить, что многие команды требуют ввода в начале строки приставку sudo (gksudo при запуске программ с графическим интерфейсом), что позволяет выполнить команду от лица администратора компьютера, то есть с наивысшими правами (sudo - Super User Do). Только администратор может устанавливать и удалять программы, а также менять параметры OC и ее конфигурацию.

После первой загрузки системы имеет смысл сразу подключиться к интернету, чтобы обновить файлы ОС до актуальной версии. В правом верхнем углу рабочего стола есть иконка с узнаваемым изображением двух терминалов. При подключении кабеля к разъему Ethernet на плате Raspberry происходит автоматическое подключение к локальной сети. Если щелкнуть мышью по этой иконке, появляется список беспроводных сетей, из которых можно выбрать свою и подключиться к ней, введя соответствующий ключ. При этом вместо терминалов на иконке появится стандартное изображение подключение к беспроводной сети. Именно такая ситуация показана на рисунке выше.

Надо сказать, что по сравнению с ранними версиями Linux многие задачи сейчас автоматизированы. Например, если ранее было необходимо из командной строки монтировать том при подключении обычной флешки, то сейчас флешка распознается при подключении в один из четырех разъемов USB на плате вполне самостоятельно и ей сразу можно пользоваться.

Теперь можно подключить, например, беспроводные мышь и клавиатуру по Bluetooth:

Это делается щелчком на иконке с логотипом Голубого Зуба рядом с индикатором подключение к сети в правом верхнем углу экрана. Далее надо нажать Add Device и выбрать ваши устройства из списка найденных беспроводных устройств.

Следует отметить, что при всем удобстве использовании Bluetooth устройств ввода с Raspberry - они не занимают разъемов USB - эти устройства в нашем случае периодически теряли связь с платой. Поэтому для стабильной работы, все же следует использовать USB-мышь и клавиатуру, а так же, в качестве альтернативного варианта, занимающего только один USB-разъем, комплект мыши и клавиатуры с одним приемопередатчиком по радиоканалу.

После соединения с сетью мы попробовали, используя уже и мышь и клавиатуру, зайти в интернет, щелкнув на иконке браузера. Сайты открывались без проблем, с приемлемой скоростью.

3. Знакомство с GPIO, программированием на Python и запуск светофора

Контакты GPIO, безусловно, являются очень интересной частью Raspberry, значительно расширяющей возможности микрокомпьютера для применения в электронных автоматизированных системах. С помощью этих контактов можно как считывать данные с огромного множества предлагаемых сегодня датчиков: температуры, давления, движения, наклона, ориентации, открытия и т.п., так и посылать команды на исполнительные устройства: реле, двигатели, актуаторы, серво-машины и многие другие.

Вот схема 40-контактного разъема GPIO:

Как видно, кроме обычных цифровых пинов вход/выход, принимающих или выдающих значения логических 0 и 1, имеются контакты, работающие по распространенным интерфейсам I 2 C, SPI и UART. Также есть возможность генерации ШИМ и прерываний от изменения уровней на входах.

Используем GPIO для моделирования работы светофора по нажатию кнопки, как это делается на редко используемых пешеходных переходах, где обычно горит зеленый свет для транспорта, а пешеход может кнопкой запустить программу включения красного света для транспорта. Алгоритм этой программы такой: при нажатии кнопки начинает мигать зеленый свет, затем на короткое время зажигается желтый, затем красный; красный свет горит некоторое время, затем короткое время горят красный и желтый, и, наконец, снова зеленый; далее система ждет очередного нажатия кнопки.

Для программирования этого алгоритма воспользуемся встроенной в образ ОС Raspbian интегрированной среды разработки (IDE) на языке Python (Пайтон). Язык Python имеет большое число достоинств, о которых можно почитать в сети, что делает его весьма хорошим инструментом как для начинающих программистов, так и для профессионалов. Это интепретирущий язык, его команды выполняются последовательно, одна за другой. В IDE Python команды можно выполнять, просто вводя их с клавиатуры и нажимая клавишу Enter в конце строки.

Среда разработки программ на языке Python запускается с рабочего стола последовательным выбором Menu - Programming - Python 3 . Далее, в открывшемся окне Python Shell следует нажать File - New File . В открывшемся окне редактора нужно набрать или скопировать следущий текст программы, обращая особое внимания на отступы в тексте, так как для программ на Python они имеют принципиальное значение:

#!/usr/bin/python

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

RED_PIN = 36

YELLOW_PIN = 32
GREEN_PIN = 29
BUTTON_PIN = 40

print ("RPi.GPIO init start")
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
print ("RPi.GPIO init end")

print ("GPIO setup")

GPIO.setup(RED_PIN, GPIO.OUT)

GPIO.setup(YELLOW_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(GREEN_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(BUTTON_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

GPIO.output(RED_PIN, 0)
GPIO.output(YELLOW_PIN, 0)
GPIO.output(GREEN_PIN, 1)

while True:

if inp==0:
for x in range(0, 5):
GPIO.output(GREEN_PIN, 1)
sleep(0.5)
GPIO.output(GREEN_PIN, 0)
sleep(0.5)
GPIO.output(YELLOW_PIN, 1)
sleep(2)
GPIO.output(YELLOW_PIN, 0)
GPIO.output(RED_PIN, 1)
sleep(5)
GPIO.output(YELLOW_PIN, 1)
sleep(1)
GPIO.output(RED_PIN, 0)
GPIO.output(YELLOW_PIN, 0)
GPIO.output(GREEN_PIN, 1)

Первая строка указывает, где в ОС находится интерпретатор Python.

Функция, начинающаяся с print , просто выводит свой аргумент на экран.

Строки, начинающиеся с GPIO.setup , задают режим выхода (OUT ) или входа (IN ) соответствующих пинов, а аргумент pull_up_down=GPIO.PUD_UP включает подтягивающий резистор на входе 40, к которому подключена кнопка. Поскольку программа на Python не имеет стандартного «вечного цикла», как, например в Ардуино, где загруженная в микроконтроллер программа выполняется бесконечно, пока подано питание, оператор while True: осуществляет этот цикл. Нам ведь надо возвращать наш светофор в исходное состояние всякий раз по завершению цикла его работы.

Оператор присвоения inp = GPIO.input(BUTTON_PIN) записывает в переменную inp значение на входе 40. Если кнопка не нажата - это 0, если нажата - 1. Если inp равно 0, то начинается цикл работы светофора:

• с помощью цикла for 5 раз мигает зеленый светодиод;
• на 2 секунды зажигается желтый (пауза задается оператором sleep);
• желтый гаснет, зажигается красный на 5 секунд и т д.

После окончания цикла работы светофора все начинается снова.

Теперь необходимо собрать электрическую схему с помощью проводов с разъемами без пайки:

Короткие ножки светодиодов (это минус) подключаем к земле - контакты 6, 14, 20; длинные (плюс) через резисторы 240 Ом - к контактам 29 (зеленый), 32 (желтый), 36 (красный).

Кнопку подключаем к контактам 39 и 40.

Теперь в редакторе с нашей программой выбираем Run - Run Modul или нажимаем F5, и программа начинает выполняться, ожидая нажатия кнопки.

Но вовсе неудобно каждый раз запускать программу с помощью оболочки. Удобнее, чтобы наша программа запускалась при включении питания Raspberry, ведь тогда устройство можно использовать автономно, без монитора, клавиатуры и мыши.

Для этого необходимо включить нашу программу в автозагрузку операционной системы.

Тут нам понадобится терминал, без него обойтись.

Сначала сохраним нашу программу в виде файла svetofor-rpi.py3 в корневом каталоге пользователя /home/pi .

Теперь запустим терминал и после приглашения pi@raspberrypi:~ $ наберем следующую строку: gksudo leafpad /etc/xdg/autostart/Svetofor.desktop .

Тем самым мы вызовем текстовый редактор leafpad и создадим файл Svetofor.desktop в папке автозапуска.

В текстовом редакторе набираем следующее:

Version=1.0
Encoding=UTF-8
Name=Svetofor
Comment=
Exec=sudo python /home/pi/svetofor-rpi.py3
Terminal=false
Type=Application

и сохраняем файл.

Основное в этом файле - строка, начинающаяся с Exec , которая запускает интерпретатор Python на выполнение программы svetofor-rpi.py3 .

Можно проверить, зайдя в папку /etc/xdg/autostart с помощью файлового менеджера, чья иконка в виде двух ящичков расположена в левом углу экрана, появился ли в этой папке файл Svetofor.

Теперь, если выключить питание, отключить монитор, мышь и клавиатуру, и снова включить питание, наш светофор начнет работать в автономном режиме!

Видео работы светофора:

В 2011 году одноплатный компьютер Raspberry Pi был выпущен для тех, кто устал искать готовые решения и решил творить технологическое окружение самостоятельно. В то время как Arduino – это игрушка в большей степени для любителей работать руками, «малиновый» продукт – разминка мозга для программистов.

Всего за 6 лет под Raspberry были адаптированы почти все популярные языки программирования. Какие-то имеют существенные ограничения, какие-то работают на полную катушку. Рассмотрим 9 представителей второй категории.

Scratch

Официальный сайт предлагает пользователям Raspberry первый делом обратиться к Scratch. Исходники языка уже включены в стандартную операционную систему Raspbian. Начать создание IoT с помощью Scratch может как взрослый специалист, так и совсем ещё ребёнок. Недаром он всего за 10 лет выбился в топ-20 языков по числу запросов в поисковиках.

Python

Возможно для вас это будет сюрпризом, но Pi в названии – это не математическая константа, а отсылка к Python. IDLE, стандартная среда разработки программ на Raspberry, работает как раз на змеином языке. На официальном сайте в разделе документация вы найдёте базовое руководство . Кроме того, благодаря Python Games и их исходникам, вы познакомитесь с возможностями языка.

HTML5 и CSS3

Компьютеры Raspberry Pi подходят для создания систем IoT, а встроенный браузер Epiphany - подходящий клиентский интерфейс. Это значит, что без языков веба не обойтись. HTML5 и CSS3 позволят вам решить вопрос создания виртуальной оболочки умного дома с минимальными затратами времени и незначительными ограничениями.

JavaScript

JavaScript - динамическая сила Raspberry Pi. Вы сможете поработать с ним благодаря платформе Node.js, позволяющей вам создавать десктопные и веб-приложения. Не стоит забывать про библиотеку jQuery, которая работает в любом браузере, и наполняет его привычными динамическими функциями.

Java

Возможность запустить Java-код на любой платформе – главная концепция языка. И эта концепция особенно полезна для таких платформ, как Raspberry Pi. Вы сначала отладите код на «большой» ОС, а потом перенесёте на Raspbian. При этом разработка приложений на Java внутри «малиновой» системы затруднительна - здесь нет полноценной среды для этого языка.

С

Так как Raspbian – ОС на базе Unix, в качестве базового языка здесь выступает С. С его помощью вы получите максимальную производительность без использования машинных команд. Это особенно важно для серверных систем в составе IoT. Надмножество языка, Objective-C, используется для написания приложений для iPhone и iPad, что также может пригодиться вам с «малиной».

C++

С++ пригодится там, где нужны и скорость, и безопасность, и чёткость работы. Спектр задач при этом невероятно широк – от работы непосредственно с железом до организации взаимодействия устройств и клиентов. С++ переменит на «малиновую» сторону опытных разработчиков из прошлого века и тех, кто до этого писал код лишь для микроконтроллеров.

Perl

Perl постепенно сдаёт позиции в мире больших машин, но в Raspberry Pi это пока один из основных инструментов. Он поставляется «из коробки», имеет множество расширений и дополнений, с его помощью можно организовать сбор информации или переписать Си-программу. Это ударит по быстродействию, зато работать с таким кодом на порядок проще.

Erlang

Erlang - язык программирования для создания сложных систем. Допустим вы разрабатываете на своем одноплатном друге атомную электростанцию или нейронно-вычислительную сеть. C++ или другой прикладной язык не подойдёт. А вот Erlang позволит вам минимизировать ошибки и извлечь максимум возможностей из Raspberry Pi. Конечно, если вы дорастете до этого уровня.

Как вы поняли, язык разработки для Rasberry Pi имеет третьестепенное значение. Выбор зависит от вкусовых предпочтений, от типа решаемой задачи и вашего опыта. А значит, Rasberry Pi станет вашим верным спутником в программировании, какой бы путь вы ни выбрали.