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Raspberry Pi 配置与机器人组装全攻略
1. 树莓派（Raspberry Pi）配置
树莓派官方文档（https://raspberrypi.com/documentation/）是使用树莓派时的优质资源，以下是一些值得参考的部分：
-
入门指南
：此页面包含安装操作系统和使用树莓派镜像写入工具的详细信息。
-
配置说明
：可找到使用
raspi-config
工具的详细内容。
-
远程访问
：涵盖通过 SSH 连接树莓派、传输文件以及使用 VNC 软件远程访问桌面的方法。
1.1 安装树莓派操作系统
按照以下步骤安装树莓派操作系统：
1. 访问 http://mng.bz/JdN0。
2. 点击“Raspberry Pi OS”链接，下载“Raspberry Pi OS with desktop”镜像，此操作将下载最新版本。参考代码是在 2022 - 04 - 04 32 位版本的树莓派操作系统上测试的。桌面镜像自带桌面环境，在为机器人项目创建图形应用时会很有用。
3. 点击“Raspberry Pi Imager”链接，按照说明下载并安装镜像写入工具。
4. 树莓派 4 可以从 microSD 卡或 USB 闪存驱动器安装和启动，USB 闪存驱动器性能更佳，是推荐选项。
5. 使用镜像写入工具将下载的镜像写入安装介质（microSD 卡/USB 闪存驱动器）。
6. 树莓派通过安装程序启动后，在欢迎界面点击“下一步”。
7. 设置国家，将用户名设置为
robo
，然后继续完成配置步骤。
8. 重启后，使用树莓派配置工具进一步配置。
9. 使用该工具将主机名设置为
robopi
。
10. 接着，使用配置工具启用 SSH、VNC 和 I2C 接口。
以下是操作流程的 mermaid 流程图：
graph TD;
A[访问 http://mng.bz/JdN0] --> B[下载 Raspberry Pi OS 镜像];
B --> C[下载并安装 Raspberry Pi Imager];
C --> D[选择安装介质并写入镜像];
D --> E[启动树莓派并配置];
E --> F[重启并进一步配置];
F --> G[设置主机名和启用接口];
1.2 连接网络与测试
完成上述配置后，还需要进行以下操作：
1. 重启树莓派使更改生效。
2. 通过将网络电缆连接到以太网端口或加入 Wi - fi 网络，将树莓派连接到网络。
3. 在终端中运行
hostname -I
获取机器的 IP 地址。
4. 从网络中的另一台计算机，使用 IP 地址以用户
robo
通过 SSH 连接到树莓派进行测试。现在可以使用 SSH 从网络中的任何计算机在树莓派上运行命令和执行 Python 脚本。
5. 也可以使用主机名
robopi
连接到树莓派，需要在客户端机器的
hosts
文件中添加
robopi
主机名及其关联的 IP 地址。可参考 How - To Geek 网站（http://mng.bz/5owz）的指南编辑不同系统的
hosts
文件。
6. 可以使用
sftp
命令或 FileZilla 应用程序在网络上与树莓派传输文件。如果计算机运行的是 Linux，
sshfs
是挂载和处理树莓派上远程文件的好方法，就像处理本地文件一样。
2. 配置 Adafruit CRICKIT HAT
完成树莓派的主要配置步骤后，接下来配置 Adafruit CRICKIT HAT。
2.1 硬件连接与固件更新
按照以下步骤完成 Adafruit CRICKIT HAT 的硬件和软件配置：
1. Adafruit 网站（http://mng.bz/wj5q）有关于设置 CRICKIT HAT 和解决问题的详细指南。
2. 首次使用 CRICKIT HAT 前，最好更新其固件，在 Adafruit 学习指南中，按照“Update Your CRICKIT”部分的步骤操作。
3. 关闭树莓派，将 CRICKIT 附带的头座连接到树莓派 GPIO 连接器，然后连接 CRICKIT HAT。
4. 将电源电缆插入 CRICKIT DC 插孔，打开 CRICKIT 电源开关，检查 CRICKIT LED 是否为绿色，绿色表示电源供应正常。
5. 打开树莓派电源，打开终端或通过 SSH 连接到它。
6. 运行
i2cdetect
命令，检查输出中是否出现
i2c
地址
0x49
：
$ i2cdetect -y 1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- 49 -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --
2.2 软件更新与环境配置
完成硬件连接后，还需要进行软件更新和环境配置：
1. 运行以下命令更新软件包：
$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade
$ sudo apt autoremove
- 运行以下命令重启机器：
$ sudo reboot
- 重启后，重新连接到机器，运行以下命令创建 Python 虚拟环境并在该环境中安装 Adafruit CRICKIT 库：
$ python3 -m venv ~/pyenv
$ ~/pyenv/bin/pip install adafruit-circuitpython-crickit
- 运行以下命令添加激活 Bash 别名，以便在需要时激活 Python 虚拟环境，运行命令后，打开新终端使新别名生效：
$ echo "alias activate='source ~/pyenv/bin/activate'" >> ~/.bashrc
- 运行以下命令在虚拟环境中启动 Python 交互式会话：
$ ~/pyenv/bin/python
- 在交互式会话中运行以下 Python 代码，确认板载 Neopixel 变为红色以完成 Adafruit CRICKIT HAT 的配置：
>>> from adafruit_crickit import crickit
>>> crickit.onboard_pixel.fill(0xFF0000)
3. 移动机器人组装
移动机器人配置可创建一个带有车载电源、能通过无线连接控制的机器人。
3.1 树莓派与 CRICKIT HAT 准备
按照以下步骤构建机器人：
1. 参考 Adafruit 网站（http://mng.bz/qj0w）的指南，将 CRICKIT HAT 连接到树莓派。
2. 按照 Pibow 指南（http://mng.bz/7v59）组装并将树莓派 4 放入 Pibow 外壳中。
3. 如果购买了可选的尼龙支撑套件，可以在 CRICKIT HAT 没有支撑的两个角各放置一个支撑，使 HAT 更稳固地安装在树莓派上。
4. 最后，将扩展跳线连接到电机连接 1 和 2。
3.2 电源银行准备
接下来准备电源银行：
1. 不同电源银行的尺寸、按钮布局和端口位置会有所不同，但基本步骤相同，可能需要调整电源银行的放置位置。
2. 以 Anker PowerCore Select 10000 电源银行为例，在其顶部有按钮和充电指示灯，在电源银行底部放置 Velcro 粘性方块，这些方块有助于将多余的电缆固定在电源银行下方，使电缆管理更整洁。
3.3 电源电缆连接
连接电源电缆到电源银行：
1. 将磁性 USB 电缆连接到电源银行的一个电源输出端口，该电缆用于为树莓派供电，不使用机器人时可断开磁性连接器以减少电源银行的电量消耗。
2. 将 USB 转桶形插孔电缆插入电源银行的另一个输出端口，该电缆为 CRICKIT HAT 供电，与树莓派不同，CRICKIT HAT 板上有电源开关，不使用时无需拔下插头。
3. 将磁头连接到电源银行的电源输入端口，方便将电源银行连接到电源进行充电。
3.4 机器人底盘组装与电源银行安装
组装机器人底盘并安装电源银行：
1. 按照机器人底盘套件指南（http://mng.bz/mjRr）组装所有部件。
2. 底盘套件很灵活，底盘上的板支持多种螺丝和黄铜支撑的排列方式，可以尝试不同排列以找到最适合电源银行尺寸的方式，将电源银行放置在底盘的中间层。
3. 尽量将电源银行放在中间层而不是顶层，因为它是机器人最重的部分，将重量放在较低层可降低机器人在加速或减速时倾倒的可能性。
4. 在底盘的顶层贴上粘性方块，四个粘性方块可使 Pibow 外壳与底盘牢固连接。
3.5 树莓派安装与最终连接
最后将树莓派安装到底盘并完成最终连接：
1. 将带有外壳的树莓派安装到底盘的顶层，树莓派的 USB 端口应朝向机器人的后部，这样可使 CRICKIT HAT 和树莓派的电源连接器更靠近电源银行的电源线。
2. 连接 CRICKIT HAT 和树莓派的电源线。
3. 最后，将跳线连接到直流电机，确保将右侧直流电机连接到电机连接 1，左侧直流电机连接到电机连接 2。
以下是移动机器人组装步骤的表格总结：
|步骤|操作内容|
|----|----|
|1|连接 CRICKIT HAT 到树莓派|
|2|将树莓派放入 Pibow 外壳|
|3|安装尼龙支撑（可选）|
|4|连接电机跳线|
|5|准备电源银行|
|6|连接电源电缆|
|7|组装底盘并安装电源银行|
|8|安装树莓派并连接电源线和电机|
4. 伺服相机机器人组装
伺服相机机器人配置可创建一个带有相机的机器人，相机通过两个伺服电机控制，一个用于平移，另一个用于倾斜。
4.1 云台套件准备
按照以下步骤构建机器人：
1. Adafruit Mini Pan - Tilt 套件是完全组装好的，该套件支持安装不同尺寸和样式的相机模块。参考 Adafruit 机器人组装指南（http://mng.bz/5oOB），了解移除侧标签的方法，这在下一步会用到。
2. 套件有两个由软尼龙制成的侧标签，可通过扭转或使用钢丝钳移除其中一个，只需要保留一个标签。
3. 在套件的相机安装点放置一个 Velcro 粘性方块。
4. 为了更好的稳定性，将套件的底座固定在一个坚固的表面上，可以剪下一块纸板，使用胶水或双面泡沫胶带将套件固定在纸板上。
4.2 相机准备
准备相机：
1. 将树莓派相机模块放入 Adafruit 相机外壳中。
2. 相机外壳非常适合安装到套件上，因为相机两侧的插槽与套件的侧标签相匹配。
3. 在相机外壳的背面放置一个 Velcro 粘性方块。
4.3 相机与云台套件连接
将相机外壳连接到云台套件：
1. 使用 Velcro 方块可以根据需要轻松安装和拆卸相机。
2. 现在将相机外壳连接到云台套件，确保相机电缆在底部，这样相机拍摄的图像将是正立的。
3. 云台套件的侧标签将滑入相机外壳的插槽中。
4.4 连接到树莓派
最后将云台套件连接到树莓派：
1. 参考树莓派相机模块的官方文档（http://mng.bz/6nYo），了解如何将相机电缆连接到树莓派。
2. CRICKIT HAT 有一个相机电缆开口，将相机电缆穿过 CRICKIT HAT 并连接到树莓派，然后将 CRICKIT HAT 连接到树莓派。
3. 将树莓派 4 放入 Pibow 外壳中。
4. 参考之前提到的 Adafruit 关于 CRICKIT HAT 的指南，了解如何将云台套件的伺服电机连接到 CRICKIT HAT，特别是 CircuitPython Servos 部分，连接时将伺服连接器一侧的深色电线（如黑色和棕色）朝向 CRICKIT 标志，浅色电线（如黄色、橙色或白色）朝向直流电源插孔。
5. 将下部伺服连接器连接到伺服连接 1，上部伺服连接器连接到伺服连接 2。
6. 像之前一样连接 CRICKIT HAT 和树莓派的电源线。
通过以上步骤，你可以完成树莓派的配置以及不同类型机器人的组装，开启你的机器人项目之旅。
Raspberry Pi 配置与机器人组装全攻略
5. 不同机器人配置总结
为了更清晰地对比移动机器人和伺服相机机器人的组装特点，我们可以通过以下表格进行总结：
|机器人类型|主要特点|关键组件连接|电源供应|
|----|----|----|----|
|移动机器人|可移动，通过电机驱动，有车载电源|CRICKIT HAT 连接树莓派，电机连接到 CRICKIT HAT|电源银行通过 USB 和转桶形插孔电缆分别为树莓派和 CRICKIT HAT 供电|
|伺服相机机器人|相机可通过伺服电机实现平移和倾斜|相机连接到云台套件，云台套件伺服电机连接到 CRICKIT HAT|与移动机器人类似，CRICKIT HAT 和树莓派由电源银行供电|
以下是两种机器人组装流程的 mermaid 流程图：
graph LR;
classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
A([开始]):::startend --> B(树莓派与 CRICKIT HAT 准备):::process;
B --> C(电源银行准备):::process;
C --> D(电源电缆连接):::process;
D --> E(机器人底盘组装与电源银行安装):::process;
E --> F(树莓派安装与最终连接):::process;
F --> G([移动机器人完成]):::startend;
H([开始]):::startend --> I(云台套件准备):::process;
I --> J(相机准备):::process;
J --> K(相机与云台套件连接):::process;
K --> L(连接到树莓派):::process;
L --> M([伺服相机机器人完成]):::startend;
6. Python 虚拟环境的使用与优势
在配置 Adafruit CRICKIT HAT 时，我们创建了 Python 虚拟环境。虚拟环境是一种将安装的 Python 包和环境与操作系统使用的系统 Python 环境分离的好方法。以下是关于 Python 虚拟环境的详细介绍：
6.1 虚拟环境的创建与激活
我们通过以下命令创建了 Python 虚拟环境：
$ python3 -m venv ~/pyenv
并使用以下命令在虚拟环境中安装了 Adafruit CRICKIT 库：
$ ~/pyenv/bin/pip install adafruit-circuitpython-crickit
为了方便激活虚拟环境，我们添加了一个 Bash 别名：
$ echo "alias activate='source ~/pyenv/bin/activate'" >> ~/.bashrc
运行上述命令后，打开新终端，就可以使用
activate
命令激活虚拟环境。激活后，终端提示符会显示虚拟环境的名称，例如：
(pyenv) robo@robopi:~ $
6.2 虚拟环境的优势
使用 Python 虚拟环境有以下几个重要优势：
-
环境隔离
：不同的项目可以有自己独立的 Python 环境，避免不同项目之间的包冲突。例如，一个项目需要使用某个库的特定版本，而另一个项目需要使用该库的不同版本，虚拟环境可以很好地解决这个问题。
-
可重现性
：可以随时重新创建项目的 Python 环境，而不会影响系统的 Python 安装。这对于项目的迁移和团队协作非常有用。
-
安全性
：在虚拟环境中安装和测试新的 Python 包不会影响系统的稳定性，即使出现问题，也只需要删除虚拟环境即可。
7. 常见问题与解决方法
在树莓派配置和机器人组装过程中，可能会遇到一些常见问题，以下是一些可能的问题及解决方法：
7.1 树莓派无法启动
- 可能原因 ：安装介质（microSD 卡或 USB 闪存驱动器）写入失败、电源供应不足、硬件连接错误。
- 解决方法 ：重新使用镜像写入工具写入镜像，检查电源适配器是否正常工作，确保所有硬件连接牢固。
7.2 无法通过 SSH 连接到树莓派
- 可能原因 ：SSH 服务未启用、网络连接问题、IP 地址获取错误。
- 解决方法 ：使用树莓派配置工具启用 SSH 服务，检查网络连接是否正常，重新获取树莓派的 IP 地址。
7.3
i2cdetect
命令未显示
0x49
地址
- 可能原因 ：CRICKIT HAT 硬件连接错误、固件未更新。
- 解决方法 ：检查 CRICKIT HAT 与树莓派的连接是否正确，按照 Adafruit 学习指南更新 CRICKIT HAT 的固件。
7.4 Python 虚拟环境激活失败
- 可能原因 ：Bash 别名未生效、虚拟环境创建失败。
- 解决方法 ：打开新终端使 Bash 别名生效，重新创建 Python 虚拟环境。
8. 总结与展望
通过本文，我们详细介绍了树莓派的配置过程，包括操作系统的安装、网络连接、Python 虚拟环境的创建以及 Adafruit CRICKIT HAT 的配置。同时，我们还介绍了移动机器人和伺服相机机器人的组装步骤。
在实际应用中，我们可以基于这些基础配置和组装，开发各种有趣的机器人项目。例如，使用移动机器人进行环境探索、使用伺服相机机器人进行监控和图像采集。未来，我们可以进一步扩展这些机器人的功能，如添加传感器、实现自主导航等。
希望本文能帮助你顺利完成树莓派的配置和机器人的组装，开启你的机器人开发之旅。如果你在过程中遇到任何问题，欢迎参考本文提供的常见问题解决方法，或者在相关技术社区寻求帮助。
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