Echo的树莓派学习笔记

本文是Echo的树莓派学习笔记,涵盖了树莓派的基础知识,如系统烧录、Linux命令,以及Python编程。深入探讨了GPIO的使用,包括GPIO模块、控制输出、检测输入和拓展应用,还介绍了如何通过GPIO控制LED和蜂鸣器,适合初学者和进阶者学习。

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目录

第一章 树莓派基础

1.1 树莓派简介

1.2 烧录系统

第二章 树莓派使用Python

2.1 树莓派使用

2.2 安装Python

第三章 Linux命令

3.1 系统管理

3.2 文件管理

3.3 软件管理

3.4 性能检测

第四章 常用操作

4.1 树莓派换源

4.2 文件存储​​​​​​​

第二篇 核心技术

第五章 GPIO基础

5.1 GPIO简介

5.3 使用RPi.GPIO模块

5.4  控制GPIO输出

5.5 检测GPIO输入

5.6 拓展GPIO

第六章

6.1 LED

6.2 蜂鸣器

6.3 实时时钟


第一章 树莓派基础

1.1 树莓派简介

        Raspberry Pi (中文名为树莓派,可简写成PRI\RasPi\RPI),是一款仅有信用卡大小的微型计算机。

1.1.1  起源

        Eben Upton 博士研发出的一款小型的计算机设备,并成立了相关的“Raspberry Pi”基金会。

1.1.2 介绍

        树莓派是一款开源的硬件,功能完善。目前最新的Raspberry Pi 4 使用1.5GHz ARM 芯片,更高的自选内存,支持双HDMI 4K 显示器、USB 3.0、蓝牙 5.0、无线网和 千兆以太网。

        树莓派分为A和B型号,型号B的功能更强大,型号A相对更便宜。可以通过以下命令查看树莓派的型号:

cat /proc/cpuinfo

1.1.3 系统

        树莓派主要的系统为Linux系统,目前最流行的两个版本分别是 Raspberry Pi OS( 也称为Raspbian) 和 Pidora,其中 Raspberry Pi OS 是基于Debian 操作系统,Pidora 是基于Fedora 操作系统。

        如果想尝试不同的Linux发行版本,但是不确定使用哪个版本时,可以尝试最新生成软件(New out of Box Software ,NOOBS).  第一次或者在启动时按住Shift键,可以选择不同版本的系统。

        还有其他的很多选择,树莓派支持的系统非常多,有基于Linux和非Linux,甚至可以利用树莓派设计自己的操作系统。

1.1.4 应用

        树莓派不仅拥有计算机的功能,通过GPIO 数模转换接口,可以用来控制各种传感器、电动机。具体有如下应用:

  1. 连接硬件用来做数据采集、监控、分析、发布等
  2. 作为小车、飞行器、机器人、智能家具等智能设备的控制中心
  3. 轻量级的计算机
  4. 学习编程
  5. 搭建原型产品

1.2 烧录系统

  • 电源:5.0V/3 A。
  • 显示器:需要用到Micro HDMI 接口转HDMI接口。
  • TF内存卡:闪迪
  • 键盘和鼠标:无线,有线皆可
  • 可选设备:外科和散热器
  • 安装系统:在官网按照教程操作即可
  • 无显示器安装系统:参考网上教程

第二章 树莓派使用Python

2.1 树莓派使用

2.1.1 RPi OS 简介

Raspberry Pi OS(Raspbian) 发行版是基于Debian 系统的Linux发行版。

2.1.2 使用LXDE

LXDE 是一个轻量级的桌面环境。

2.1.3 使用终端

超级用户启动:

sudo passwd root

2.1.4 使用SSH

SSH 为 Secure Shell 的缩写,有IETE的网络小组(Network Working Group)制定,SSH为建立在应用层基础上的安全协议。

2.1.5 使用 VNC

VNC 是 Virtual Network Computing 的缩写,是一个桌面共享系统。

2.2 安装Python

2.2.1 安装python

# 1. 安装依赖包
sudo apt-get install -y make build-essential libssl-dev zlib 1g-dev
sudo apt-get install -y libz2-dev libreadline-dev libsqlite3-dev wget curl llvm
sudo apt-get install -y libncurses5-dev libncursesw5-dev libncursesw5-dev xz-utils tk-dev

# 2. 进入待下载的页面
cd ~

# 3. 下载python
sudo wget https://www.python.org/ftp/python/3.7.4/Python-3.7.4.tgz

# 4. 等待下载结束,执行以下解压命令
sudo tar -zxvf Python

# 5. 进入该文件夹目录
cd Python 

# 6. 执行以下命令安装
sudo ./configure --prefix=/user/local/python3
sudo make

# 7.安装完成,创建软链接
ln -s /user/local/python3/bin/python3 /user/local/bin/python3
ln -s /user/local/python3/bin/pip3 /user/local/bin/pip3
python -v
pip3 -v
 

2.2.2 Python 解释器

解释型语言每检查一条语句,翻译成二进制然后执行。

2.2.3 Thonny

python IDE 集成开发环境。

第三章 Linux命令

3.1 系统管理

3.1.1 用户管理

普通用户:$

超级管理员:#

更改密码:sudo passwd root</

### 树莓派学习路线与教程 #### 一、基础入门阶段 对于初学者来说,了解树莓派的基础概念及其硬件结构是非常重要的。可以选择适合自己的树莓派型号,例如 Raspberry Pi 3、Raspberry Pi 4 或最新的 Raspberry Pi 5,这些设备在性能、接口和功耗方面存在差异[^1]。 在此基础上,建议熟悉以下内容: - **操作系统安装**:掌握如何烧录镜像文件至SD卡,并启动基于Linux的操作系统(如 Raspbian OS)。 - **基本命令操作**:学会使用终端执行常用 Linux 命令,比如 `ls`、`cd` 和 `sudo` 等。 - **GPIO编程**:理解通用输入/输出端口的功能以及如何利用 Python 控制 GPIO 引脚完成简单任务。 ```python import RPi.GPIO as GPIO import time # 设置GPIO模式为BCM编号方式 GPIO.setmode(GPIO.BCM) led_pin = 18 # 定义LED灯连接的GPIO引脚号 GPIO.setup(led_pin, GPIO.OUT) # 配置该引脚为输出模式 try: while True: GPIO.output(led_pin, GPIO.HIGH) # 打开LED time.sleep(1) GPIO.output(led_pin, GPIO.LOW) # 关闭LED time.sleep(1) finally: GPIO.cleanup() # 清理释放资源 ``` #### 二、进阶应用开发 随着技能提升,可尝试更复杂的项目实践,如下述案例中的超声波测距功能实现过程所示: ##### 超声波传感器工作原理及其实现方法 超声波模块能够发出高频声音脉冲并捕捉回响时间从而推算目标物体的距离值。具体而言就是记录下从触发发送指令到检测反馈信号所需耗费的时间间隔t秒数之后再乘以音速c除以2得到最终数值d厘米单位表示形式即 d=(ct)/2 。实际部署过程中需注意正确连线关系——把电源正负极接入对应位置;另外还需指定两个数据交互通道分别用于激活请求动作(TRIG)以及监听返回状态(ECHO)[^2]。 以下是完整的Python代码片段展示如何读取由HC-SR04型探头所提供的实时测量结果: ```python import RPi.GPIO as GPIO import time TRIG_PIN = 17 ECHO_PIN = 18 def setup(): GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(TRIG_PIN, GPIO.OUT) GPIO.setup(ECHO_PIN, GPIO.IN) def get_distance(): GPIO.output(TRIG_PIN, False) time.sleep(0.2) GPIO.output(TRIG_PIN, True) time.sleep(0.00001) GPIO.output(TRIG_PIN, False) start_time = end_time = None while GPIO.input(ECHO_PIN)==0: start_time = time.time() while GPIO.input(ECHO_PIN)==1: end_time = time.time() duration = end_time - start_time
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