Raspberry Pi. Receptury. Wydanie III

Raspberry Pi. Receptury. Wydanie III - Opis

Raspberry Pi sukcesywnie zdobywa coraz więcej użytkowników. Dla niektórych jest to sposób na realizację życiowych pasji, dla innych - praktyczny, tani komputer, który może pracować pod kontrolą Linuksa i pełnić funkcję platformy obsługującej przeróżne urządzenia elektroniczne. Skupiona wokół Raspberry Pi społeczność nieprzerwanie tworzy nowe oprogramowanie oraz płytki interfejsów. To wszystko sprawia, że możliwości Raspberry stale rosną. Pojawiające się technologie przy odrobinie kreatywności mogą łatwo przeobrazić się w praktyczne i niedrogie, a przy tym zdecydowanie innowacyjne i nowoczesne rozwiązania.

To zaktualizowane wydanie znakomitego zbioru receptur ułatwiających wykorzystanie potencjału Raspberry Pi. Uwzględniono tu nowe modele tego komputera, a także zmiany i ulepszenia systemu operacyjnego Raspbian. Dodano rozdziały traktujące o dźwięku i automatyce domowej. Te receptury bez trudu wykorzystasz dla zwiększenia wygody we własnym domu. Dzięki lekturze poznasz podstawowe reguły tej technologii, aby łatwiej zrozumieć zagadnienia dotyczące konkretnej płytki czy kodu. Z tej pozycji możesz korzystać podobnie jak z książki kucharskiej: przeczytać od deski do deski albo skupić się na rozwiązaniu jednego, konkretnego problemu. Być może docenisz, że w recepturach dotyczących sprzętu uwzględniono przede wszystkim rozwiązania niewymagające lutowania obwodów.

W tej książce znajdziesz receptury, dzięki którym:

rozpoczniesz pracę z Raspberry Pi, również w sieci
zaprogramujesz Raspberry Pi w języku Python
wykorzystasz technologię rozpoznawania (...) więcej obrazów
będziesz sterować pracą silników, czujników i innych elementów elektroniki
połączysz Raspberry Pi z różnymi urządzeniami wejściowymi
podłączysz swój dom do internetu rzeczy

Szczęśliwcy, którzy znają Simona Monka, uważają go za autorytet w dziedzinie elektroniki praktycznej, specjalistę w łączeniu projektów komputerowych ze światem fizycznym, wreszcie eksperta w zakresie sprzętu komputerowego i oprogramowania. Ta książka zawiera wiele przydatnych projektów i jest niezbędnym źródłem wiedzy o Raspberry Pi

Alan O'Donohoe, exa.foundation, twórca inicjatywy Raspberry Jams

Raspberry Pi: morze możliwości dla inżyniera z pasją!
Spis treści:

Wstęp do wydania trzeciego 15

1. Podłączanie i konfiguracja 19

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

O autorze: Dr Simon Monk - jest cybernetykiem, informatykiem, autorem książek i konstruktorem. Kilka lat był pracownikiem akademickim, później zajął się rozwijaniem firmy programistycznej Momote Ltd. Elektronika jest jego ukochanym hobby od wczesnej młodości. Dr Monk jest autorem ok. dwudziestu książek dla pasjonatów elektroniki i majsterkowania. Zachęcony ich popularnością w 2015 roku wraz z żoną Lindą założył spółkę MonkMakes Ltd., gdzie zajmuje się projektowaniem nowych produktów i... parzeniem świetnej herbaty dla swoich gości. mniej