树莓派开发实战(第3版)

第3版前言 1

第1章 配置与管理 5

1.0 引言 5

1.1 选择树莓派型号 5

1.2 装配系统 8

1.3 封装树莓派 10

1.4 选择电源 11

1.5 选择操作系统 13

1.6　通过NOOBS刷写microSD卡 14

1.7 在不借助NOOBS的情况下安装操作系统 17

1.8 使用PiBakery配置和刷写SD卡 18

1.9 使用PiBakery配置headless模式的树莓派 20

1.10 从真正的硬盘或U盘启动 22

1.11 连接DVI或VGA显示器 24

1.12 使用复合视频显示器/电视 24

1.13 调整显示器中的图像尺寸 26

1.14 优化性能 27

1.15 修改密码 29

1.16 关闭树莓派 30

1.17 为树莓派安装摄像头模块 32

1.18 使用蓝牙设备 34

第2章 网络连接 36

2.0 引言 36

2.1 连接有线网络 36

2.2　查看自己的IP地址 37

2.3　配置静态IP地址 39

2.4　为树莓派配置网络名称 42

2.5　配置无线网络连接 44

2.6　使用控制台线联网 46

2.7　利用SSH远程控制树莓派 48

2.8　利用VNC远程控制树莓派 50

2.9　利用RDP远程控制树莓派 52

2.10　在Mac网络中实现文件共享 53

2.11　将树莓派用作网络附接存储系统 55

2.12　网络打印 58

第3章 操作系统 60

3.0　引言 60

3.1　通过图形界面处理文件 60

3.2 将文件复制到U盘中 61

3.3　启动一个终端会话 63

3.4　利用终端浏览文件系统 64

3.5　复制文件或文件夹 66

3.6　重命名文件和文件夹 67

3.7　编辑文件 68

3.8　查看文件内容 70

3.9　在不借助编辑器的情况下创建文件 70

3.10　创建目录 71

3.11　删除文件或目录 71

3.12　以超级用户权限执行任务 72

3.13　理解文件权限 73

3.14　修改文件的权限 75

3.15　修改文件的属主 76

3.16　屏幕截图 76

3.17　利用apt-get安装软件 77

3.18　删除利用apt-get安装的软件 78

3.19　利用Pip安装Python库 79

3.20　通过命令行获取文件 79

3.21　利用Git获取源代码 80

3.22 获取本书的随附代码 82

3.23　在系统启动时自动运行程序或脚本 85

3.24　让程序或脚本作为服务自动运行 85

3.25　定期自动运行程序或脚本 87

3.26　搜索功能 88

3.27　使用命令行历史记录功能 89

3.28 监视处理器活动 90

3.29 文件压缩 92

3.30 列出已连接的USB设备 93

3.31 将输出从命令行重定向到文件 93

3.32 连接文件 94

3.33 使用管道 94

3.34 不将输出结果显示到终端 95

3.35 在后台运行程序 96

3.36 创建命令别名 96

3.37 设置日期和时间 97

3.38 查看SD卡剩余存储空间 98

3.39 检查操作系统版本 98

3.40 更新Raspbian操作系统 99

第4章 软件 101

4.0　引言 101

4.1　搭建媒体中心 101

4.2　安装办公软件 102

4.3　打造网络摄像头服务器 103

4.4　运行老式游戏控制台模拟器 105

4.5　运行树莓派版Minecraft 107

4.6　树莓派无线电发射器 107

4.7 编辑位图 109

4.8 编辑矢量图 110

4.9　互联网广播 111

第5章 Python入门 113

5.0　引言 113

5.1　在Python 2和Python 3之间做出选择 113

5.2 使用Mu编辑Python程序 114

5.3　使用Python控制台 117

5.4　利用终端运行Python程序 118

5.5　为值（变量）命名 119

5.6　显示输出结果 120

5.7　读取用户的输入 120

5.8　算术运算 121

5.9　创建字符串 122

5.10　连接（合并）字符串 122

5.11　将数字转换为字符串 123

5.12　将字符串转换为数字 124

5.13　确定字符串的长度 125

5.14　确定某字符串在另一个字符串中的位置 125

5.15　截取部分字符串 126

5.16　使用字符串替换另一个字符串中的内容 127

5.17　字符串的大小写转换 127

5.18　根据条件运行命令 128

5.19　值的比较 129

5.20　逻辑运算符 130

5.21　将指令重复执行特定次数 131

5.22　重复执行指令直到特定条件改变为止 132

5.23　跳出循环语句 132

5.24　定义Python函数 133

第6章 Python中的列表与字典 135

6.0　引言 135

6.1　创建列表 135

6.2　访问列表元素 136

6.3　确定列表长度 136

6.4　为列表添加元素 137

6.5　删除列表元素 138

6.6　通过解析字符串创建列表 139

6.7　遍历列表 139

6.8　枚举列表 140

6.9　列表排序 141

6.10　分割列表 142

6.11　将函数应用于列表 142

6.12　创建字典 143

6.13　访问字典 144

6.14　删除字典元素 145

6.15　遍历字典 146

第7章 Python高级特性 147

7.0 引言 147

7.1　格式化数字 147

7.2　格式化时间和日期 148

7.3　返回多个值 149

7.4　定义类 150

7.5　定义方法 151

7.6　继承 152

7.7　向文件中写入内容 153

7.8　读文件 154

7.9　序列化 155

7.10　异常处理 156

7.11　使用模块 157

7.12　随机数 158

7.13　利用Python发送Web请求 160

7.14　Python的命令行参数 160

7.15　从Python运行Linux命令 161

7.16　从Python发送电子邮件 162

7.17　利用Python编写简单Web服务器 163

7.18　让Python无所事事 164

7.19　同时进行多件事情 165

7.20　将Python应用于树莓派版Minecraft 166

7.21 解析JSON 168

7.22 创建用户界面 169

7.23 使用正则表达式在文本中搜索 171

7.24 使用正则表达式来验证数据输入 173

7.25 使用正则表达式抓取网页 174

第8章 机器视觉 176

8.0 引言 176

8.1　安装SimpleCV 176

8.2　为机器视觉配置USB摄像头 177

8.3　将树莓派的摄像头模块用于机器视觉 179

8.4　数硬币 179

8.5　人脸检测 182

8.6　运动检测 184

8.7　光学字符识别 186

第9章 硬件基础 187

9.0　引言 187

9.1　GPIO连接器使用说明 187

9.2　使用GPIO接口时树莓派的安全保护 189

9.3　配置I2C 190

9.4 使用I2C工具 191

9.5　配置SPI 193

9.6　安装PySerial以便通过Python访问串口 194

9.7 安装Minicom以检测串口 194

9.8　使用带有跳线的面包板 195

9.9　使用树莓派的排线连接面包板 196

9.10　使用树莓派Squid 198

9.11　使用Raspberry Squid按钮 199

9.12　利用两个电阻器将5V信号转换为3.3V 200

9.13　利用电平转换模块将5V信号转换为3.3V 201

9.14　利用电池为树莓派供电 202

9.15　利用锂电池为树莓派供电 203

9.16　Sense HAT入门指南 204

9.17　Explorer HAT Pro入门指南 205

9.18　RasPiRobot Board入门指南 207

9.19　使用Pi Plate原型板 208

9.20　制作树莓派扩展板 211

9.21　树莓派Zero与W型树莓派Zero 213

第10章 控制硬件 215

10.0 引言 215

10.1　连接LED 215

10.2　让GPIO引脚进入安全状态 218

10.3　控制LED的亮度 218

10.4　利用晶体管开关大功率直流设备 220

10.5　使用继电器控制大功率设备的开关 222

10.6　控制高压交流设备 224

10.7 用Android手机和蓝牙控制硬件 225

10.8　编写用于控制开关的用户界面 228

10.9　编写控制LED和电机的PWM功率的用户界面 229

10.10　改变RGB LED的颜色 230

10.11　将模拟仪表用作显示器 232

第11章 电机 235

11.0　引言 235

11.1　控制伺服电机 235

11.2　精确控制伺服电机 239

11.3　精确控制多台伺服电机 241

11.4　控制直流电机的速度 243

11.5　控制直流电机的方向 244

11.6　使用单极步进电机 247

11.7　使用双极步进电机 251

11.8　利用步进电机HAT驱动双极步进电机 252

11.9　使用RasPiRobot Board驱动双极步进电机 253

11.10　打造一款简单的机器人小车 255

第12章 数字输入 258

12.0 引言 258

12.1　连接按钮开关 258

12.2　通过按钮开关切换开关状态 261

12.3　使用双位拨动开关或滑动开关 262

12.4　使用三位拨动开关 263

12.5　按钮去抖 265

12.6　使用外部上拉电阻器 267

12.7　使用旋转（正交）编码器 268

12.8　使用数字键盘 271

12.9　检测移动 273

12.10　为树莓派添加GPS模块 275

12.11　拦截按键 278

12.12　拦截鼠标移动 279

12.13　使用实时时钟模块 280

12.14 为树莓派提供重启按钮 283

第13章 传感器 286

13.0 引言 286

13.1 使用电阻式传感器 286

13.2 测量亮度 289

13.3 利用热敏电阻器测量温度 290

13.4 检测甲烷 292

13.5 测量二氧化碳浓度 294

13.6 测量电压 296

13.7 为测量而降低电压 298

13.8 使用电阻式传感器与ADC 300

13.9 使用ADC测量温度 301

13.10 测量树莓派的CPU温度 303

13.11 利用Sense HAT测量温度、湿度和气压 304

13.12 利用数字传感器测量温度 306

13.13 利用MMA8452Q模块测量加速度 308

13.14 使用Sense HAT检测磁北 312

13.15 使用Sense HAT的惯性管理单元 313

13.16 利用簧片开关检测磁场 314

13.17 利用Sense HAT感应磁场 315

13.18 测量距离 316

13.19 使用飞行时间传感器测量距离 318

13.20 电容式触摸传感技术 320

13.21 用RFID读写器读取智能卡 322

13.22 显示传感器的值 325

13.23 利用USB闪存驱动器记录日志 326

第14章 显示设备 328

14.0 引言 328

14.1　使用四位LED显示设备 328

14.2　在I2C LED矩阵上面显示消息 330

14.3　使用Sense HAT LED矩阵显示器 332

14.4 在Alphanumeric LCD HAT上显示消息 333

14.5 使用OLED图形显示器 335

14.6　使用可寻址的RGB LED灯条 337

14.7 使用Pimoroni Unicorn HAT 340

14.8 使用ePaper显示屏 341

第15章 音频设备 343

15.0 引言 343

15.1 连接一个扬声器 343

15.2 控制声音的输出位置 345

15.3 通过命令行播放声音 346

15.4 通过Python程序播放声音 346

15.5 使用USB麦克风 347

15.6 播放蜂鸣声 349

第16章 物联网 352

16.0 引言 352

16.1　使用Web接口控制GPIO输出 352

16.2　在网页上显示传感器读数 356

16.3 Node-RED入门 358

16.4 使用IFTTT发送电子邮件及其他通知 361

16.5　利用ThingSpeak发送推文 364

16.6　CheerLights 366

16.7 向ThingSpeak发送传感器数据 368

16.8　使用Dweet和IFTTT响应推文 370

第17章 家庭自动化 373

17.0 引言 373

17.1 通过Mosquitto将树莓派打造成MQTT代理 373

17.2 组合使用Node-RED与MQTT服务器 376

17.3 刷写Sonoff Wi-Fi智能开关，使其适用于MQTT 380

17.4 配置Sonoff Wi-Fi智能开关 385

17.5 通过MQTT使用Sonoff网络开关 387

17.6 利用Node-RED制作Sonoff闪烁开关 389

17.7 Node-RED Dashboard扩展 391

17.8 基于Node-RED的预定事件 394

17.9 通过Wemos D1发布MQTT消息 395

17.10 在Node-RED中使用Wemos D1 398

第18章 Arduino与树莓派 400

18.0　引言 400

18.1　通过树莓派对Arduino进行编程 401

18.2　利用Serial Monitor与Arduino进行通信 402

18.3　配置PyFirmata以便通过树莓派来控制Arduino 404

18.4 通过树莓派对Arduino的数字输出进行写操作 406

18.5　使用PyFirmata与TTL串口 407

18.6　使用PyFirmata读取Arduino的数字输入 409

18.7　利用PyFirmata读取Arduino的模拟输入 411

18.8　模拟输出（PWM）与PyFirmata 412

18.9　利用PyFirmata控制伺服电机 414

18.10　在树莓派上使用小型Arduino 415

18.11 使用支持Wi-Fi的小型Arduino兼容系统（ESP8266） 416

附录A 配件与供应商 419

附录B 树莓派引脚 426