Skip to content

Latest commit

 

History

History
452 lines (341 loc) · 21.3 KB

30-raspberry.md

File metadata and controls

452 lines (341 loc) · 21.3 KB
Raw

Raspberry Pi

Raspberry Pi — одноплатный компьютер размером с банковскую карту, изначально разработанный как бюджетная система для обучения информатике, впоследствии получивший намного более широкое применение и популярность, чем ожидали его авторы.

Raspberry PI

Raspberry PI

Описание

На плате размером с кредитную карту вы найдёте всё то, что можете найти в обычном персональном компьютере: процессор, оперативную память, разъёмы HDMI, USB, Ethernet, аналоговые аудио- и видеовыходы. Кроме того, на плате расположены 40 контактов ввода/вывода общего назначения. К ним вы сможете подключать периферию для взаимодействия с внешним миром: исполнительные устройства вроде реле и сервомоторов или же любые сенсоры; в общем всё, что работает от электричества.

Штатной операционной системой для Raspberry Pi является Linux. Она устанавливается на micro-SD карту, а та в свою очередь — в специальном слоте на плате. Если вы не знаете Linux, не стоит пугаться. Напротив: этот компьютер — прекрасная возможность во всём разобраться. Потерять данные или сильно напортачить с настройками не так страшно, ведь образ на SD-карте можно восстановить за считанные минуты. После этого можно продолжить эксперименты с чистого листа или с определённой контрольной точки.

Порты и аппаратные интерфейсы

Для подключения монитора или телевизора используются композитный видеовыход или разъём HDMI. Кроме того, заводские OEM ЖК-экраны могут быть подключены через интерфейс DSI. Raspberry Pi 2 Model B предоставляет 4 USB-порта, объединённых внутренним хабом. К ним, помимо всего прочего, можно подключить клавиатуру и мышь.

В качестве низкоуровневых интерфейсов доступны:

  • 40 портов ввода-вывода общего назначения
  • UART (Serial)
  • Шина I²C/TWI
  • Шина SPI с селектором между двумя устройствами
  • Пины питания: 3,3 В, 5 В и земля

Колонки или наушники могут быть подключены через стандартное гнездо для 3,5 мм джеков. Также звук может передаваться через интерфейс HDMI. На Raspberry Pi Model B+ доступен Ethernet-адаптер на 10/100 Мбит с выходом на стандартное гнездо 8P8C (RJ45).

Распиновка платы

Распиновка Raspberry Распиновка Raspberry

Питание

Raspberry Pi Model B+ может быть запитана через microUSB-кабель или через пины питания. Номинальное напряжение питания — 5 В. Компьютер потребляет до 800 мА без внешних устройств. Аппаратный выключатель питания на плате отсутствует. Для включения компьютера достаточно просто подсоединить кабель питания. Для выключения используйте штатную функцию операционной системы.

Разбор тестового примера:

Нам необходимо следующее оборудование:

Берем Raspberry и аккуратно достаем карту памяти из прозрачного бокса.

Прежде всего нужно установить SD-карту с операционной системой Raspbian в соответствущее гнездо на плате Raspberry. В гнезде плата фиксируется благодаря блокирующему механизму. Для надежного закрепления нужно аккуратно вдавить пальцем карту в гнездо.

Настройка SSH соединения с Raspberry Pi

Используя ОС Linux выполнить подключение к RPi можно следующим образом:

ssh [email protected]

где XX.XX.XX.XX - ранее определенный ip адрес устройства.

Если вы работаете в ОС Windows, то вам нужно воспользоваться программой Putty. В поле Имя хоста указываем ip адрес Raspberry в сети, порт 22 и тип подключения SSH.

Пароль пользователя pi: raspberry

Как узнать адрес Raspberry?

  • В Ubuntu выполните команду sudo nmap –sn < ip-адрес компьютера >/< маска >. Пример: sudo nmap -sn 192.168.1.0/24
  • В Windows скачайте любое приложение, сканирующее адреса (к примеру, Advanced IP Scanner). Просканируйте сеть, в которой находится компьютер.
  • В списке найдите устройство с именем, подобным “Raspberry PI”. Если вы обнаружите несоклько микрокомпьютеров “Raspberry PI” в вашей сети, вам понадобится узнать т.н. MAC адрес устройства - уникальный идентификатор сетевого устройства, состоящий из 6 байт. Узнать его можно по команде:
$ ifconfig
$ eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr `28:d2:44:69:2a:c8`

Также вы можете определить вашу плату по уникальному имени устройства hostname в файле /etc/hosname:

$ cat /etc/hostame
$ host10

В исключительном случае вы можете обнаружить вашу плату опытным путем, отключая и подключая свой Pi к сети.

Полезные команды для работы в ОС Raspbian

  • "top" — запуск предустановленного в Raspbian диспетчера задач;
  • "sudo raspi-config" — запуск первоначального меню настроек;
  • "sudo passwd root" — создание пароля для пользователя root;
  • "startx" — запуск графической оболочки;
  • "sudo halt" — выключение RPi;
  • "logout" — выход из системы;
  • "sudo reboot" — перезагрузка RPi;
  • "cd" — переход в необходимую директорию, например, для перехода в директорию /etc/network/ - "cd /etc/network/"
  • "pwd" — путь до текущей директории;
  • "dir" — содержимое текущей директории;
  • "mkdir" — создание директории. Например, "mkdir /home/pitest/" создаст директорию "pitest";
  • "rmdir" — удаление директории. Например, "mdir /home/pitest/" - удаление директории "pitest";
  • "cat" — открыть файл для чтения. Например, "cat /etc/network/interfaces" покажет содержимое файла "interfaces";
  • "nano" — открыть файл для редактирования. Например, "nano
  • /etc/network/interfaces" откроет для редактирования файл "interfaces";
  • "ifconfig" — отобразит текущую конфигурацию сети;
  • "df" — выведет в консоли свободное и используемое дисковое пространство для всех разделов файловой системы;
  • "clear" — очистить экран терминала;
  • "Ctrl"+"Ins" — скопировать выделенное (текст);
  • "Shift"+"Ins" — вставить из буфера (текст);
  • "sudo" — выполнения команд c правами root пользователя. Например, это актуально, если вы зашли под пользователем "pi" и хотите из консоли отредактировать какой-нибудь системный файл - "sudo nano путь_до_файла";
  • "Ctrl"+"C" — остановка текущего действия/выход из консольного приложения;
  • "sudo apt-get update" — обновление списка доступных пакетов;
  • "sudo apt-get upgrade" — обновление установленных пакетов;
  • "sudo apt-get install" — установка необходимого пакета. Например, для установки консольного браузера Links вводим "sudo apt-get install links".

Программирование

В качестве языка программирования выбран Python из-за своего удобства работы с базами данных и серверой частью.

в консоли SSH соединения с Raspberry делаем последовательно следующее:

Переход в ваш домашний каталог

$ cd ~

Создание папки для Хакатона

$ mkdir iot
$ cd iot

Создадим файл, в который будем писать код серверной части приложения на Python, а так же файл проекта, который содержит информацию о зависимостях, необходимых для приложения, и, содержащий код работы с базой данных и дополнительные функции:

$ touch server.py
$ touch utils.py
$ touch requirements.txt
$ mkdir templates
$ cd templates
$ touch index.html

Далее можно приступать к написанию кода сервера приложения:

Данная часть приложения забирает данные о состоянии парковочных мест из базы данных и отдает HTML страницу с их визуализацией по запросу при обращении к ip адресу устройства из браузера извне.

Для реализации отдачи HTML страницы с актуальными данными был выбран фреймворк Flask, с помощью которого можно постпроить серверное приложение в короткие сроки. Для работы с базой данных используется ORM ( модель объектно-реляционного отображения данных ) peewee, которая позволяет работать с сущностями БД как с объектами.

Рассмотрим код, который нужно написать в файле server.py:

# coding: utf-8
from flask import Flask, render_template
from utils import *

# Конфигурация параметров приложения и сервера
app = Flask(__name__)
app.debug = True

CAR_PLACE_COUNT = 16
STATUS_FREE = 0
STATUS_RESERVED = 1

# Контроллер, обрабатывающий запросы по URL "/"
@app.route('/')
def status():
    query = Place.select()
    return render_template("index.html", places=query)

# Точка входа ( запуска ) сервера / приложения
if __name__ == '__main__':

    if not Place.table_exists():
        Place.create_table(True)

        # Изначальное заполнение базы данных
        for i in range(1, CAR_PLACE_COUNT + 1):
            Place.create(identifier=i, status=STATUS_FREE)

    app.run()

Код в utils.py:

# coding: utf-8
from peewee import *

# Конфигурация подключения SQLite базы данных к приложению
db = SqliteDatabase('places.db')

# Класс, описывающий структуру данных в БД: identifier - номер парковочного места, status - его статус
class Place(Model):
    identifier = IntegerField(unique=True)
    status = IntegerField()

    class Meta:
        database = db

# Метод, осуществляющий обновление парковочного места в базе данных
def update_status(identifier, status):
    if status == STATUS_FREE or status == STATUS_RESERVED:
        if  1 << identifier << CAR_PLACE_COUNT:
            query = Place.update(status=status).where(Place.identifier == identifier)
            query.execute()
        else:
            return False
    else:
        return False

    return True

Код в index.html: (Пример работы с HTML кодом)

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>Car parking</title>
</head>
<body>
  <div class="container-fluid">
    <div class="row">
      <div class="offset-md-3 col-md-6 offset-sm-3 col-sm-6 offset-xs-3 col-xs-6 offset-lg-3 col-lg-6 car-table">
        <div class="row">
        {% for place in places %}
          {% if place.identifier % 4 == 0 and place.identifier != 16 %}
              {% if place.status == 1 %}
                <div class="col-md-3 col-sm-3 col-xs-3 col-lg-3 car-cell" data="{{place.identifier}}"> <div class="car-cell_inner  car-cell_inner__free"></div> </div> </div> <div class="row">
              {% else %}
                <div class="col-md-3 col-sm-3 col-xs-3 col-lg-3 car-cell" data="{{place.identifier}}"> <div class="car-cell_inner car-cell_inner__reserved"></div> </div> </div> <div class="row">
              {% endif %}
          {% else %}
              {% if place.status == 1 %}
                <div class="col-md-3 col-sm-3 col-xs-3 col-lg-3 car-cell" data="{{place.identifier}}"> <div class="car-cell_inner car-cell_inner__free"></div> </div>
              {% else %}
                <div class="col-md-3 col-sm-3 col-xs-3 col-lg-3 car-cell" data="{{place.identifier}}"> <div class="car-cell_inner car-cell_inner__reserved"></div> </div>
              {% endif %}
          {% endif %}
        {% endfor %}
        </div>
    </div>
  </div>
</body>
    <style media="screen">
      .car-table {
        padding-top: 2%;
      }
      .car-cell {
        padding: 1%;
        min-width: 10%;
        min-height: 10%;
        line-height: 10em;
      }
      .car-cell_inner {
        padding-top: 100%;
        min-width: 100%;
        min-height: 100%;
        box-shadow: 0 0 10px black;
        line-height: 10em;
        border: solid 2px $white;
        border-radius: 4%;
      }

      .car-cell_inner:hover {
        animation: shake 1.20s cubic-bezier(.36,.07,.19,.97) both;
        transform: translate3d(0, 0, 0);
        backface-visibility: hidden;
        perspective: 1000px;
      }

      .car-cell_inner__free {
        background-color: black;
      }

      .car-cell_inner__reserved {
        background-color: white;
      }

      @keyframes shake {
        10%, 90% {
          transform: translate3d(-1px, 0 , 0);
        }

        20%, 80% {
          transform: translate3d(2px, 0, 0);
        }

        30%, 50%, 70% {
          transform: translate3d(-4px, 0, 0);
        }

        40%, 60% {
          transform: translate3d(4px, 0, 0);
        }
      }

    </style>

    <link rel="stylesheet" href="https://maxcdn.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.0.0-alpha.5/css/bootstrap.min.css">
</html>

Для запуска проекта необходимо развернуть виртуальное окружение и установить нужные зависимости:

Файл с python-зависимостями: requirements.txt

click==6.6
Flask==0.11.1
flask-peewee==0.6.7
itsdangerous==0.24
Jinja2==2.8
MarkupSafe==0.23
peewee==2.8.5
Werkzeug==0.11.11
wtf-peewee==0.2.6
WTForms==2.1

Для начала создадим и запустим виртуальное окружение:

$ sudo pip install virtualenv
$ virtualenv venv
$ source venv/bin/activate

Для деактивации рабочего окружения нужно восползоваться следующей командой:

$ deactivate

Виртуальное окружение нужно для того, чтобы в разных проектах разработчики могли использовать разные версии python и прилежащих библиотек по мере их использования.

Установка нужных зависимостей:

$ pip install -r requirements.txt

Для возможности импортирования функций из других Python файлов необходимо создать пустой файл init.py, лежащий на том же уровне файловой системы, что и файл, из которого планируется импорт какой-либо функции или класса:

$ touch __init__.py

Запуск сервера:

$ python server.py

Полный код доступен здесь.

Подключение LoRa к Raspberry

На следующей картинке представлены выводы платы Lora Bee. Ее нужно подсоединить к Pi, схема ее выводов представлена ниже Распиновка Raspberry Подключение осуществляется по следующей схеме: #Lora — Raspberry

  • 3.3V — 3.3V
  • MISO — SPI0_MISO
  • GND — Ground
  • SCK — SPI0_SCLK
  • NSS — SPI0_CE0_N
  • MOSI — SPI0_MOSI

Если у вас плата с уже припаянными проводами, то руководствуйтесь следующей схемой:

Взаимодействие с LoRa на Raspberry

ВНИМАНИЕ! НЕОБХОДИМО УСТАНОВИТЬ SQLITE3

sudo apt-get install libsqlite3-dev

sudo apt-get install sqlite3

Код программы для Pi находится по адресу

https://github.com/bmstu-hackathon/2016/tree/master/src/Raspberry/LeoNickTEAM

Сделайте git clone репозитория git clone https://github.com/bmstu-hackathon/2016.git

Перейдите в указанную директорию 2016/src/Raspberry/LeoNickTEAM/

!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!ВНИМАНИЕ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!! в hackathon.cpp

СТРОКУ

int ide=sx1272.packet_received.src;

ЗАМЕНИТЬ НА

int ide=6;//sx1272.packet_received.src;

!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!ВНИМАНИЕ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!

в hackathon.cpp

СТРОКУ

e = sx1272.sendPacketTimeout(iden,(uint8_t*)status , strlen(status), 1000);

ЗАМЕНИТЬ НА

e = sx1272.sendPacketTimeout(DEFAULT_DEST_ADDR,(uint8_t*)status , strlen(status), 1000);

Последовательно вводим команды

  • sudo rm hackathon.o

  • sudo rm hackathon

  • sudo make hackathon

  • sudo ./hackathon # - Команда выполняется только после того как на Arduino будет запущен скеч лежащий в папке репозитория по адресу 2016/src/Arduino/hackathon_LeoNickTeam/

В файле hackathon.cpp находится код основной программы. Если будете его редактировать, повторите все 3 вышеописанные команды.