Raspberry Pi. Receptury. Wydanie III - Simon Monk

Wstęp do wydania trzeciego 15

1. Podłączanie i konfiguracja 19

1. • 1.0. Wprowadzenie 19
   • 1.1. Wybór modelu Raspberry Pi 19
   • 1.2. Podłączanie urządzeń zewnętrznych do Raspberry Pi 22
   • 1.3. Zamknięcie Raspberry Pi w obudowie 24
   • 1.4. Wybór zasilacza 26
   • 1.5. Wybór dystrybucji systemu operacyjnego 29
   • 1.6. NOOBS - zapis na kartę mikro-SD 30
   • 1.7. Instalacja systemu operacyjnego bez NOOBS 34
   • 1.8. Użycie PiBakery do konfiguracji i zapisu karty SD 35
   • 1.9. Użycie PiBakery do konfiguracji Raspberry Pi bez monitora 37
   • 1.10. Uruchamianie systemu z zewnętrznego dysku twardego lub z pendrive'a 39
   • 1.11. Podłączanie monitora wyposażonego w interfejs DVI lub VGA 42
   • 1.12. Korzystanie z telewizora lub monitora podłączonego za pośrednictwem złącza composite video 42
   • 1.13. Zmiana rozmiaru obrazu wyświetlanego na monitorze 44
   • 1.14. Maksymalizacja wydajności 46
   • 1.15. Zmiana hasła 48
   • 1.16. Wyłączanie Raspberry Pi 50
   • 1.17. Instalacja modułu kamery 51
   • 1.18. Użycie Bluetootha 55

2. Praca w sieci 59

1. • 2.0. Wprowadzenie 59
   • 2.1. Łączenie z siecią przewodową 59
   • 2.2. Ustalanie własnego adresu IP 61
   • 2.3. Przypisywanie stałego adresu IP 62
   • 2.4. Zmiana nazwy, pod którą Raspberry Pi jest widoczne w sieci 65
   • 2.5. Nawiązywanie połączenia z siecią bezprzewodową 68
   • 2.6. Korzystanie z kabla konsolowego 70
   • 2.7. Zdalne sterowanie Raspberry Pi za pomocą protokołu SSH 74
   • 2.8. Sterowanie Raspberry Pi za pomocą VNC 76
   • 2.9. Zdalne sterowanie Raspberry Pi za pomocą zdalnego pulpitu 78
   • 2.10. Udostępnianie plików w sieci komputerów Macintosh 79
   • 2.11. Używanie Raspberry Pi jako magazynu NAS 81
   • 2.12. Drukowanie sieciowe 84

3. System operacyjny 87

1. • 3.0. Wprowadzenie 87
   • 3.1. Przenoszenie plików w interfejsie graficznym 87
   • 3.2. Kopiowanie plików na pamięć USB 89
   • 3.3. Uruchamianie sesji Terminala 90
   • 3.4. Przeglądanie plików i folderów za pomocą Terminala 91
   • 3.5. Kopiowanie plików i folderów 95
   • 3.6. Zmiana nazwy pliku lub folderu 96
   • 3.7. Edycja pliku 96
   • 3.8. Oglądanie zawartości pliku 99
   • 3.9. Tworzenie plików bez użycia edytora 99
   • 3.10. Tworzenie katalogów 100
   • 3.11. Kasowanie plików i katalogów 100
   • 3.12. Wykonywanie zadań z uprawnieniami administratora 101
   • 3.13. Co oznaczają atrybuty plików? 102
   • 3.14. Modyfikacja atrybutów plików 104
   • 3.15. Zmiana właściciela pliku 105
   • 3.16. Wykonywanie zrzutów ekranu 106
   • 3.17. Instalacja oprogramowania za pomocą polecenia apt-get 107
   • 3.18. Usuwanie zainstalowanego oprogramowania za pomocą polecenia apt-get 108
   • 3.19. Instalowanie bibliotek Pythona za pomocą Pip 108
   • 3.20. Pobieranie plików za pomocą wiersza poleceń 109
   • 3.21. Pobieranie kodu źródłowego za pomocą polecenia git 110
   • 3.22. Pobieranie materiałów pomocniczych do tej książki 112
   • 3.23. Automatyczne uruchamianie programu lub skryptu przy starcie Raspberry Pi 115
   • 3.24. Automatyczne uruchamianie programu lub skryptu jako usługi 116
   • 3.25. Automatyczne uruchamianie programu lub skryptu w regularnych odstępach czasu 118
   • 3.26. Wyszukiwanie 119
   • 3.27. Korzystanie z historii wiersza poleceń 120
   • 3.28. Monitorowanie aktywności procesora 122
   • 3.29. Obsługa archiwów 124
   • 3.30. Wyświetlanie listy podłączonych urządzeń USB 124
   • 3.31. Zapisywanie w pliku komunikatów wyświetlanych w wierszu poleceń 125
   • 3.32. Łączenie plików 126
   • 3.33. Korzystanie z potoków 126
   • 3.34. Ukrywanie danych wyjściowych wyświetlanych w oknie Terminala 127
   • 3.35. Uruchamianie programów w tle 128
   • 3.36. Tworzenie aliasów poleceń 129
   • 3.37. Ustawianie daty i godziny 129
   • 3.38. Ustalanie ilości wolnego miejsca na karcie pamięci 130
   • 3.39. Sprawdzanie wersji systemu operacyjnego 131
   • 3.40. Aktualizacja systemu Raspbian 132

4. Oprogramowanie 133

1. • 4.0. Wprowadzenie 133
   • 4.1. Tworzenie multimedialnego centrum rozrywki 133
   • 4.2. Instalowanie oprogramowania biurowego 135
   • 4.3. Uruchamianie serwera kamery internetowej 136
   • 4.4. Uruchamianie emulatora klasycznej konsoli do gier 138
   • 4.5. Uruchamianie gry Minecraft 140
   • 4.6. Raspberry Pi jako nadajnik radiowy 141
   • 4.7. Edycja grafiki rastrowej 143
   • 4.8. Edycja grafiki wektorowej 144
   • 4.9. Radio internetowe 145

5. Podstawy Pythona 147

1. • 5.0. Wprowadzenie 147
   • 5.1. Wybór pomiędzy Pythonem 2 a 3 147
   • 5.2. Edytowanie programów Pythona z Mu 148
   • 5.3. Korzystanie z konsoli Pythona 152
   • 5.4. Uruchamianie programów napisanych w Pythonie za pomocą Terminala 153
   • 5.5. Zmienne 155
   • 5.6. Wyświetlanie danych generowanych przez program 155
   • 5.7. Wczytywanie danych wprowadzonych przez użytkownika 156
   • 5.8. Działania arytmetyczne 157
   • 5.9. Tworzenie łańcuchów 157
   • 5.10. Scalanie (łączenie) łańcuchów 158
   • 5.11. Konwersja liczb na łańcuchy 159
   • 5.12. Konwersja łańcuchów na liczby 160
   • 5.13. Ustalanie długości łańcucha 161
   • 5.14. Ustalanie pozycji łańcucha w łańcuchu 161
   • 5.15. Wydobywanie fragmentu łańcucha 162
   • 5.16. Zastępowanie fragmentu łańcucha innym łańcuchem 163
   • 5.17. Zamiana znaków łańcucha na wielkie lub małe litery 163
   • 5.18. Uruchamianie poleceń po spełnieniu określonych warunków 164
   • 5.19. Porównywanie wartości 166
   • 5.20. Operatory logiczne 167
   • 5.21. Powtarzanie instrukcji określoną liczbę razy 168
   • 5.22. Powtarzanie instrukcji do momentu, w którym zostanie spełniony określony warunek 169
   • 5.23. Przerywanie działania pętli 169
   • 5.24. Definiowanie funkcji 170

6. Python - listy i słowniki 173

1. • 6.0. Wprowadzenie 173
   • 6.1. Tworzenie list 173
   • 6.2. Uzyskiwanie dostępu do elementu znajdującego się na liście 174
   • 6.3. Ustalanie długości listy 175
   • 6.4. Dodawanie elementów do listy 175
   • 6.5. Usuwanie elementów z listy 176
   • 6.6. Tworzenie listy w wyniku przetwarzania łańcucha 177
   • 6.7. Iteracja listy 178
   • 6.8. Numerowanie elementów listy 178
   • 6.9. Sortowanie listy 179
   • 6.10. Wycinanie fragmentu listy 180
   • 6.11. Przetwarzanie elementów listy przez funkcję 181
   • 6.12. Tworzenie słownika 182
   • 6.13. Uzyskiwanie dostępu do elementów znajdujących się w słowniku 183
   • 6.14. Usuwanie elementów ze słownika 184
   • 6.15. Iteracja słownika 185

7. Python - zaawansowane funkcje 187

1. • 7.0. Wprowadzenie 187
   • 7.1. Formatowanie liczb 187
   • 7.2. Formatowanie dat 188
   • 7.3. Zwracanie więcej niż jednej wartości 189
   • 7.4. Definiowanie klasy 190
   • 7.5. Definiowanie metody 191
   • 7.6. Dziedziczenie 192
   • 7.7. Zapis danych w pliku 193
   • 7.8. Odczytywanie pliku 194
   • 7.9. Serializacja 195
   • 7.10. Obsługa wyjątków 196
   • 7.11. Stosowanie modułów 197
   • 7.12. Liczby losowe 199
   • 7.13. Wysyłanie żądań do sieci Web 200
   • 7.14. Argumenty Pythona w wierszu poleceń 201
   • 7.15. Uruchamianie poleceń Linuxa z Pythona 202
   • 7.16. Wysyłanie wiadomości pocztą elektroniczną z poziomu aplikacji Pythona 202
   • 7.17. Prosty serwer sieci Web napisany w Pythonie 204
   • 7.18. Usypianie programu Pythona 205
   • 7.19. Wykonywanie kilku zadań naraz 206
   • 7.20. Python i Minecraft Pi 207
   • 7.21. Przetwarzanie danych do formatu JSON 209
   • 7.22. Tworzenie interfejsu użytkownika 211
   • 7.23. Wyszukiwanie tekstu za pomocą wyrażeń regularnych 212
   • 7.24. Sprawdzanie poprawności wprowadzanych danych przy użyciu wyrażeń regularnych 215
   • 7.25. Pozyskiwanie danych ze stron internetowych przy użyciu wyrażeń regularnych 216

8. Rozpoznawanie obrazów 219

1. • 8.0. Wprowadzenie 219
   • 8.1. Instalacja programu SimpleCV 219
   • 8.2. Ustawienie kamery USB do rozpoznawania obrazów 220
   • 8.3. Użycie modułu kamery do Raspberry Pi do rozpoznawania obrazów 222
   • 8.4. Liczenie monet 223
   • 8.5. Wykrywanie twarzy 227
   • 8.6. Wykrywanie ruchu 228
   • 8.7. Optyczne rozpoznawanie znaków 231

9. Podstawowy sprzęt elektroniczny 233

1. • 9.0. Wprowadzenie 233
   • 9.1. Styki złącza GPIO 233
   • 9.2. Bezpieczne korzystanie ze złącza GPIO 235
   • 9.3. Konfiguracja magistrali I2C 236
   • 9.4. Korzystanie z narzędzi I2C 239
   • 9.5. Przygotowanie do pracy interfejsu SPI 240
   • 9.6. Instalowanie biblioteki PySerial pozwalającej na korzystanie z portu szeregowego przez aplikacje Pythona 242
   • 9.7. Testowanie portu szeregowego za pomocą aplikacji Minicom 243
   • 9.8. Łączenie Raspberry Pi z płytką prototypową za pomocą przewodów połączeniowych 244
   • 9.9. Łączenie modułu Pi Cobbler z płytką prototypową 245
   • 9.10. Użycie Raspberry Squid 247
   • 9.11. Użycie przycisku Raspberry Squid 249
   • 9.12. Zmniejszanie napięcia sygnałów z 5 do 3,3 V za pomocą dwóch rezystorów 250
   • 9.13. Korzystanie z modułu przetwornika obniżającego napięcie sygnałów z 5 do 3,3 V 252
   • 9.14. Zasilanie Raspberry Pi za pomocą baterii 253
   • 9.15. Zasilanie Raspberry Pi za pomocą akumulatora litowo-polimerowego (LiPo) 255
   • 9.16. Rozpoczęcie pracy z Sense HAT 256
   • 9.17. Rozpoczęcie pracy z Explorer HAT Pro 258
   • 9.18. Rozpoczynanie pracy z płytką RaspiRobot 259
   • 9.19. Używanie płytki prototypowej Pi Plate 261
   • 9.20. Tworzenie HAT 265
   • 9.21. Pi Zero i Pi Zero W 268

10. Sterowanie sprzętem elektronicznym 271

1. • 10.0. Wprowadzenie 271
   • 10.1. Podłączanie diody LED 271
   • 10.2. Pozostawienie pinów GPIO w bezpiecznym stanie 274
   • 10.3. Regulacja jasności diody LED 275
   • 10.4. Sterowanie pracą urządzenia o dużej mocy zasilanego prądem stałym za pośrednictwem tranzystora 277
   • 10.5. Włączanie urządzeń o dużej mocy za pomocą przekaźnika 279
   • 10.6. Sterowanie urządzeniami zasilanymi wysokim napięciem przemiennym 282
   • 10.7. Sterowanie sprzętem za pomocą Androida i Bluetootha 283
   • 10.8. Tworzenie interfejsu pozwalającego na włączanie i wyłączanie elektroniki podłączonej do Raspberry Pi 287
   • 10.9. Tworzenie interfejsu użytkownika pozwalającego na sterowanie mocą diod i silników za pomocą modulacji czasu trwania impulsu 288
   • 10.10. Zmiana koloru diody RGB LED 289
   • 10.11. Stosowanie analogowego woltomierza w charakterze wyświetlacza wskazówkowego 292

11. Silniki 295

1. • 11.0. Wprowadzenie 295
   • 11.1. Sterowanie pracą serwomotoru 295
   • 11.2. Dokładne sterowanie serwomotorami 300
   • 11.3. Sterowanie pracą wielu serwomotorów 302
   • 11.4. Sterowanie prędkością obrotową silnika zasilanego prądem stałym 305
   • 11.5. Zmienianie kierunku obrotów silnika zasilanego prądem stałym 307
   • 11.6. Używanie unipolarnych silników krokowych 310
   • 11.7. Korzystanie z bipolarnych silników krokowych 314
   • 11.8. Sterowanie pracą bipolarnego silnika krokowego za pomocą Stepper Motor HAT 316
   • 11.9. Sterowanie pracą bipolarnego silnika krokowego za pośrednictwem płytki RasPiRobot 317
   • 11.10. Budowa prostego jeżdżącego robota 319

12. Cyfrowe wejścia 323

1. • 12.0. Wprowadzenie 323
   • 12.1. Podłączanie przełącznika chwilowego 323
   • 12.2. Korzystanie z przełącznika chwilowego 326
   • 12.3. Korzystanie z dwupozycyjnego przełącznika bistabilnego lub suwakowego 328
   • 12.4. Korzystanie z przełącznika trójpozycyjnego 329
   • 12.5. Redukcja drgań styków powstających podczas wciskania przycisku 332
   • 12.6. Korzystanie z zewnętrznego rezystora podciągającego 334
   • 12.7. Korzystanie z (kwadrantowego) enkodera obrotowego 335
   • 12.8. Korzystanie z bloku klawiszy 338
   • 12.9. Wykrywanie ruchu 341
   • 12.10. Raspberry Pi i moduł GPS 343
   • 12.11. Wprowadzanie danych z klawiatury 347
   • 12.12. Przechwytywanie ruchów myszy 348
   • 12.13. Korzystanie z modułu zegara czasu rzeczywistego 349
   • 12.14. Dodanie włącznika do Raspberry Pi 353

13. Czujniki 357

1. • 13.0. Wprowadzenie 357
   • 13.1. Korzystanie z czujników rezystancyjnych 357
   • 13.2. Pomiar jasności światła 361
   • 13.3. Pomiar temperatury za pomocą termistora 362
   • 13.4. Wykrywanie metanu 364
   • 13.5. Pomiar stężenia dwutlenku węgla 367
   • 13.6. Pomiar napięcia 369
   • 13.7. Stosowanie dzielnika napięcia 372
   • 13.8. Podłączanie rezystancyjnego czujnika do przetwornika analogowo-cyfrowego 374
   • 13.9. Pomiar temperatury za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego 376
   • 13.10. Pomiar temperatury procesora Raspberry Pi 378
   • 13.11. Pomiar temperatury, wilgotności i ciśnienia za pomocą Sense HAT 379
   • 13.12. Pomiar temperatury za pomocą cyfrowego czujnika 381
   • 13.13. Pomiar przyspieszenia przy użyciu modułu MMA8452Q 384
   • 13.14. Wyznaczanie magnetycznej północy przy użyciu Sense HAT 388
   • 13.15. Wykorzystanie inercyjnej jednostki zarządzania nakładki Sense HAT 389
   • 13.16. Wykrywanie magnesu przy użyciu kontraktonu 390
   • 13.17. Wykrywanie magnesu przy użyciu nakładki Sense HAT 391
   • 13.18. Pomiar odległości przy użyciu ultradźwiękowego dalmierza 392
   • 13.19. Pomiar odległości przy użyciu czujnika Time-of-Flight 395
   • 13.20. Pojemnościowy czujnik dotyku 397
   • 13.21. Odczyt kart elektronicznych przy użyciu RFID 399
   • 13.22. Wyświetlanie mierzonych wielkości 402
   • 13.23. Zapisywanie danych do dziennika utworzonego w pamięci USB 404

14. Wyświetlacze 407

1. • 14.0. Wprowadzenie 407
   • 14.1. Korzystanie z czterocyfrowego wyświetlacza LED 407
   • 14.2. Wyświetlanie komunikatów za pomocą wyposażonego w interfejs I2C wyświetlacza składającego się z matrycy diod LED 409
   • 14.3. Korzystanie z wyświetlacza składającego się z matrycy diod LED na nakładce Sense HAT 411
   • 14.4. Wyświetlanie komunikatów na alfanumerycznej nakładce LCD HAT 414
   • 14.5. Korzystanie z wyświetlacza OLED 416
   • 14.6. Korzystanie z taśmy LED RGB 418
   • 14.7. Korzystanie z nakładki Unicorn HAT firmy Pimoroni 421
   • 14.8. Korzystanie z papieru elektronicznego 423

15. Dźwięk 425

1. • 15.0. Wprowadzenie 425
   • 15.1. Podłączenie głośnika 425
   • 15.2. Kontrolowanie wyjścia audio 427
   • 15.3. Odtwarzanie dźwięku z linii poleceń 429
   • 15.4. Odtwarzanie dźwięku za pomocą Pythona 429
   • 15.5. Użycie mikrofonu na USB 430
   • 15.6. Generowanie brzęczącego dźwięku 433

16. Internet rzeczy 435

1. • 16.0. Wprowadzenie 435
   • 16.1. Sterowanie złączem GPIO za pomocą sieci Web 435
   • 16.2. Wyświetlanie odczytów czujników na stronie internetowej 439
   • 16.3. Rozpoczęcie pracy z Node-RED 442
   • 16.4. Wysyłanie powiadomień z użyciem IFTTT 446
   • 16.5. Wysyłanie tweetów za pomocą ThingSpeak 450
   • 16.6. CheerLights 452
   • 16.7. Wysyłanie odczytów czujnika do ThingSpeak 453
   • 16.8. Odpowiadanie na tweety przy użyciu Dweet i IFTTT 456

17. Inteligentny dom 461

1. • 17.0. Wprowadzenie 461
   • 17.1. Raspberry Pi jako Message Broker 461
   • 17.2. Korzystanie z Node-RED i MQTT 464
   • 17.3. Wgrywanie nowego oprogramowania układowego na bezprzewodowy przełącznik Sonoff Wi-Fi Smart Switch 469
   • 17.4. Konfiguracja przełącznika Sonoff Wi-Fi Smart Switch 475
   • 17.5. Użycie przełącznika Sonoff z MQTT 477
   • 17.6. Użycie przełącznika Sonoff z Node-RED 480
   • 17.7. Panel sterowania w Node-RED 483
   • 17.8. Planowanie zdarzeń z Node-RED 487
   • 17.9. Publikowanie wiadomości MQTT z WeMos D1 489
   • 17.10. Użycie WeMos D1 z Node-RED 492

18. Raspberry Pi i Arduino 495

1. • 18.0. Wprowadzenie 495
   • 18.1. Programowanie Arduino za pośrednictwem Raspberry Pi 496
   • 18.2. Komunikacja z Arduino za pośrednictwem monitora portu szeregowego 498
   • 18.3. Sterowanie Arduino za pomocą biblioteki PyFirmata zainstalowanej na Raspberry Pi 500
   • 18.4. Sterowanie pracą cyfrowych wyjść Arduino za pomocą Raspberry Pi 502
   • 18.5. Sterowanie Arduino za pomocą biblioteki PyFirmata za pośrednictwem portu szeregowego 504
   • 18.6. Odczytywanie danych z cyfrowych wejść Arduino za pomocą biblioteki PyFirmata 506
   • 18.7. Odczytywanie danych z analogowych wejść Arduino za pomocą biblioteki PyFirmata 508
   • 18.8. Obsługa wyjść analogowych (PWM) za pomocą biblioteki PyFirmata 510
   • 18.9. Sterowanie pracą serwomotoru za pomocą biblioteki PyFirmata 512
   • 18.10. Podłączanie do Raspberry Pi mniejszych płytek Arduino 514
   • 18.11. Korzystanie z płytki z wbudowanym Wi-Fi (ESP8266) 515

A. Komponenty i dystrybutorzy 519

B. Piny Raspberry Pi 525

Raspberry Pi to już kultowa i stale rozwijana seria minikomputerów, które charakteryzują się bardzo szerokim zakresem możliwości wykorzystania ukrytym w kieszonkowych rozmiarach! Pierwotnie, Raspberry Pi powstał z myślą o celach edukacyjnych, jako komputer przystępny cenowo dla każdego, kto chce poznać tajniki podstaw budowy i zasady działania komputerów w świetle ich obsługi sprzętowej i programowej. Choć to założenie udało się zrealizować, to Raspberry Pi okazał się minikomputerem odpowiednim dla każdego - korzystają z niego zarówno studenci, jak i domowi majsterkowicze, a także konstruktorzy w ośrodkach badawczo-rozwojowych!

Trzecie wydanie książki pt. “Raspberry Pi. Receptury” autorstwa Simona Monka, to obszerne kompendium teoretycznej i praktycznej wiedzy nt. budowy i obsługi sprzętowo-programowej Raspberry Pi. Poradnik ten, z pewnością podejdzie każdemu początkującemu, a także może stanowić obszerne źródło informacji i wsparcia merytorycznego dla zawodowych projektantów systemów embedded.