树莓派4与人工智能实战项目

第1章 树莓派简介 1

引言1

1.1 树莓派是什么？ 1

1.2 树莓派周边配件 11

1.3 树莓派能做什么？ 12

第2章 树莓派入门基础知识 21

2.1 系统选型 21

2.2 新系统下载及烧录 23

2.3 恢复卡制作的操作步骤 24

2.3.1 方法124

2.3.2 方法224

2.4 烧录系统 24

2.5 初始化系统 29

第3章 树莓派GPIO的使用 46

3.1 GPIO的概念及相关库的使用方法 46

3.2 树莓派上使用wiringPi库 47

3.3 如何利用wiringPi优雅地点亮一个

LED灯 51

3.3.1 硬件材料准备51

3.3.2 接线方式51

3.3.3 编写代码测试52

3.4 玩转流水灯和游侠灯 58

3.4.1 流水灯58

3.4.2 游侠灯59

第4章 树莓派中I2C功能的使用 61

4.1 I2C的概念 61

4.2 I2C实战小项目 62

4.2.1 接线方式62

4.2.2 启用I2C配置 63

目 录

IV 树莓派4 与人工智能实战项目

4.2.3 检测Slave设备状态 65

4.2.4 查询寄存器表并简单测试65

4.2.5 编写C语言测试代码 66

4.2.6 编写Python代码进行测试 68

4.2.7 关于Python中的I2C函数 69

4.3 使用I2C协议的其他应用 70

4.3.1 点亮LCD1602液晶屏显示树莓派

的IP地址 70

4.3.2 利用OLED展示树莓派磁盘状态

信息83

第5章 树莓派SPI介绍及应用实例 88

5.1 SPI协议简介 88

5.1.1 SPI协议概述 88

5.1.2 SPI的优缺点 88

5.1.3 采用主-从模式（Master-Slave）的

控制方式89

5.2 树莓派SPI概述 89

5.2.1 引脚和GPIO映射 89

5.2.2 关于SPI的速度 90

5.3 树莓派上启用SPI功能 90

5.3.1 通过raspi-config工具 91

5.3.2 通过编辑/boot/config.txt文件 93

5.3.3 通过图形界面93

5.4 树莓派SPI应用实例 95

5.4.1 检查SPI设备状态 95

5.4.2 准备SPI外设并接入树莓派 95

5.4.3 安装Python库文件 96

5.4.4 编写定制的测试代码并进行测试 97

5.5 让树莓派变身为一个环境检测站 101

5.5.1 BME280模块介绍 102

5.5.2 接线方式103

5.5.3 编写代码获取数据103

5.5.4 总结112

第6章 树莓派UART串口介绍及应用实例 113

6.1 UART简介 113

6.2 树莓派串口说明 114

6.3 在树莓派上配置启用UART 115

6.4 在树莓派上进行串口通信 120

6.4.1 使用Python 语言实现串口

通信 120

6.4.2 通过C语言实现串口通信 123

6.4.3 拓展实例124

6.5 关于树莓派串口别名及切换

硬件串口 126

6.5.1 串口别名126

6.5.2 更换串口端口127

6.6 总结 128

第7章 树莓派PWM介绍及应用实例 129

引言 129 7.1 PWM控制原理 129

目录 V

7.2 树莓派PWM通道信息 130

7.3 wiringPi库的PWM接口介绍 131

7.3.1 硬件PWM 131

7.3.2 软件PWM 132

7.3.3 软件PWM注意事项 133

7.4 PWM应用项目实战 134

7.4.1 呼吸灯效果134

7.4.2 舵机控制138

第8章 树莓派开源网络应用实例 144

引言 144

8.1 树莓派搭建RTMP流媒体服务器 145

8.1.1 安装Nginx及模块145

8.1.2 启用RTMP 148

8.1.3 客户端连接测试151

8.2 树莓派搭建Samba文件服务器 156

8.2.1 什么是Samba文件服务器 156

8.2.2 需要准备的设备156

8.2.3 安装配置Samba服务器 157

8.3 树莓派搭建NFS文件服务器 163

8.3.1 什么是NFS文件服务器 163

8.3.2 需要的设备163

8.3.3 安装配置NFS文件系统 163

8.4 树莓派搭建日志服务器 169

8.4.1 什么是日志服务器169

8.4.2 需要的硬件170

8.4.3 安装rsyslog服务 170

8.4.4 配置rsyslog作为服务器 170

8.4.5 创建新模板171

8.4.6 重启服务并测试172

8.5 树莓派搭建MariaDB数据库

服务器 175

8.5.1 什么是MariaDB 175

8.5.2 MariaDB 和 MySQL 的区别 175

8.5.3 安装MariaDB 176

8.5.4 配置MariaDB 176

8.5.5 创建一个数据库178

8.5.6 添加一张表179

8.5.7 插入几条记录180

8.6 树莓派搭建PostgreSQL数据

库服务器 182

8.6.1 什么是PostgreSQL数据库 182

8.6.2 安装PostgreSQL 182

8.6.3 配置PostgreSQL 182

8.6.4 创建数据库183

8.6.5 常见控制台命令184

8.6.6 基本SQL语句 185

8.7 树莓派搭建Mosquitto MQTT

服务器 186

8.7.1 什么是MQTT服务器 186

8.7.2 安装Mosquitto 服务器 187

8.7.3 检测服务器状态187

8.7.4 在树莓派上测试Mosquitto代理 187

8.7.5 多主机测试189

8.7.6 尝试使用Python的paho-mqtt库 190

8.8 树莓派搭建DHCP服务器 193

8.8.1 什么是DHCP服务器 193

8.8.2 测试环境193

8.8.3 配置1号主机DHCP服务 194

8.8.4 修改DHCP服务的配置 194

VI 树莓派4 与人工智能实战项目

8.8.5 重启服务以生效配置195

8.8.6 开启路由转发195

8.8.7 配置IPtables实现流量路由 196

8.8.8 注意事项196

8.9 总结 197

第9章 树莓派上利用TensorFlow实现对象检测 198

引言 198

9.1 软硬件环境介绍 198

9.1.1 硬件准备198

9.1.2 软件准备199

9.2 操作步骤 199

9.2.1 更新系统及软件仓库 199

9.2.2 创建TensorFlow的工作目录 199

9.2.3 安装TensorFlow的Python库和部分

依赖200

9.2.4 安装OpenCV视觉框架 200

9.2.5 编译安装Protobuf组件201

9.2.6 重启系统203

9.2.7 重新登录系统并设置TensorFlow

目录结构 203

9.2.8 下载TensorFlow模型 204

9.2.9 修改用户初始化配置文件204

9.2.10 利用protoc编译Protocol Buffer

文件 204

9.2.11 下载ssdlite_mobilenet_v2_coco

模型205

9.3 对象检测测试 205

9.3.1 在树莓派上启用摄像头205

9.3.2 下载检测脚本205

9.3.3 接入摄像头206

9.3.4 执行脚本并进行检测206

9.4 总结 208

第10章 树莓派扫描仪—树莓派+OpenCV 209

引言 209

10.1 原理 209

10.2 硬件准备 210

10.3 软件准备 211

10.3.1 软件包版本信息211

10.3.2 查看软件版本的方法211

10.4 配置环境 212

10.4.1 检查网络状态212

10.4.2 更新软件仓库并安装软件212

10.4.3 创建并激活虚拟环境 213

10.4.4 启用摄像头213

10.5 代码调试 215

10.6 应用拓展 219

10.7 总结 221

第11章 AI换鼻子—树莓派+OpenCV 222

引言 222 11.1 AI换鼻子的原理 223

目录 VII

11.2 硬件需求 223

11.3 软件需求 223

11.3.1 Raspbian操作系统 223

11.3.2 Python3 环境 224

11.3.3 virtualenv环境 225

11.3.4 dlib库 226

11.3.5 shape_predictor工具和get_frontal_

face_detector函数 226

11.3.6 预测模型库下载 228

11.4 操作步骤 228

11.4.1 烧录镜像，启动并完成初始化

配置228

11.4.2 启动树莓派232

11.4.3 接入摄像头236

11.4.4 系统初始化环境调试237

11.4.5 树莓派摄像头测试239

11.4.6 编写代码239

11.5 开挖脑洞，发散思维 262

11.6 总结 262

第12章 树莓派通过U盘启动系统 263

引言 263

12.1 硬件需求 263

12.2 前期准备 264

12.3 更新升级系统 264

12.4 更新bootloader 264

12.5 检查启动选项 265

12.6 无卡启动测试 268

12.7 制作USB启动盘 268