Was ist der Raspberry Pi

• Komponenten des Pi
• Anschlüsse
• Umgang mit dem Pi - Was ist ESD?
• Betriebssystem

Hardware

Einige Anwendungen

• Desktop-Computer
• Internetradio
• Überwachungskamera / Webcam
• Robotersteuerung
• IoT / Hausautomation
• Web-Server
• Datenlogger
• Kiosk-Modus
• Retro-Spiele
• ...

Installation

Aufbau und Start

Aufgabe: Systemupdate

Unterschiede in den Programmiersprachen

Einteilung in zwei Gruppen!

• Compilierte Programmiersprachen
• Interpretierte Programmiersprachen

Compilierte Programmiersprachen

Interpretierte Programmiersprachen

Einführung in Python

							print("Hallo Welt")
							ida = 5
							ida
							paul = 42
							paul						
							print("Ida ist", ida)
							print("Paul ist", paul)
							print("Zusammen sind sie", (paul + ida))
							ida=paul
							print("Zusammen sind sie", (paul + ida))
						

Entwicklungsumgebung

Demo

Quadrierer

							zahl = input("Gib eine Zahl ein: ")
							quadrat = zahl*zahl
							print("Das Quadrat ist:", quadrat)
						

Datentypen

(Im Interpreter)

							var = -5
							type(var)

							var = 5.0
							type(var)

							var = "Hallo Welt"
							type(var)

							var = "55"
							type(var)

							var = int(var)
							type(var)
						

Verzweigungen

								if [Bedingung]:
									[Anweisung]
									...
								elif [Bedingung]:
									[Anweisung]
									...
								else:
									[Anweisung]
									...
							

Bedingungen können sein:

Syntax

								if [Bedingung]:
									[Anweisung1] #Innerhalb der Bedingung
									[Anweisung2] #Innerhalb der Bedingung
									...
								[Anweisung3] #Gehört NICHT zur Bedingung
							

Verzweigungen - Beispiel

								alter = input("Wie alt bist du? ")
								alter = int(alter)
								if alter < 10:
									print("Kind")
								elif alter < 18:
									print("Jugendlich")
								else:
									print("Erwachsen")
							

While-Schleifen

							while Bedingung:
								Anweisung
								...
								break
						

Zahlenraten

							from random import randint

							print("Rate eine Zahl zwischen 1 und 100")
							zufallszahl = randint(1,100)
							zahl = int(input("Dein Vorschlag: "))

							while zahl != zufallszahl:
								if zahl < zufallszahl:
									print("Zu klein")
								else:
									print("Zu groß")
								zahl = int(input("Dein Vorschlag: "))

							print("Richtig!")
						

For-Schleifen

							for X in I:
								Anweisung
								...
								break
						

Beispiel Fakultät

							f = 1
							for i in range(1,10):
								f = f * i
							
							print("Fakultät von:", 9, "ist", f)
						

Funktionen

							f = 1
							for i in range(1,10):
								f = f * i
							print("Fakultät von:", 9, "ist", f)

							f = 1
							for i in range(1,18):
								f = f * i
							print("Fakultät von:", 17, "ist", f)
						

Funktionen (2)

							def name(parameter, ...):
								Anweisung
								...
								return Wert (optional)
						

Beispiel Fakultät

							def faku(inp):
								f = 1
								for i in range(1, inp + 1):
									f = f * i
								print("Fakultät von:", inp, "ist", f)	
							
							faku(9)
							faku(17)
						

Funktionen (3)

Rückgabewerte

							def faku(inp):
								f = 1
								for i in range(1, inp + 1):
									f = f * i
								return f
							
							x = faku(9)
							print("Fakultät von:", 9, "ist", x)
							print("Fakultät von:", 13, "ist", faku(13))
						

Bibliotheken einbinden

• Die meisten Probleme in der Softwareentwicklung wurden schon von anderen bearbeitet.
• Teile der Problemlösung können in Bibliotheken bereitgestellt werden.
• Das Rad muss nicht neu erfunden werden.

							import random
							import math

							zufallszahl = random.randint(1,100)
							s = math.sin(0.5)
						

Python Standard Bibliothek

Python Package Index

General Purpose Input/Output

GPIO Pins (Layout)

GPIO mit Python ansteuern

• Es gibt zwei verschiedene Modi für die Identifizierung
  1. Die BOARD-Methode verwendet die Nummern 1 bis 40 entsprechend dem Layout.
  2. Die BCM-Methode bezeichnet die Pins entsprechend ihres Interface-Kanals (channel).
• Einige GPIO-Anschlüsse können mehrere Funktionen übernehmen (SPI, I2C, USB...)
• Achtung: Ein GPIO-Ausgang darf mit maximale 16mA belastet werden.
• Alles GPIOs funktionieren mit 3.3V

GPIO mit Python ansteuern 2

• Die 'RPi'-Bibliothek erlaubt den Ansteuerung der GPIO-Anschlüsse

							import RPi.GPIO as GPIO

							GPIO.setmode(GPIO.BCM)
						

Aufbau mit Breadboard

Aufbau mit Breadboard

Aufbau mit Breadboard

Blinkende Leuchtdiode

• LEDs können nur mit einem Vorwiderstand an den GPIOs angeschlossen werden. In dem Fall 150 Ohm.
• Die Polarität muss beachtet werden. Der lange Anschluss kennzeichnet die Anode und muss mit der positiven Seite der Spannungsversorgung verbunden werden. Der kurze Anschluss ist die Kathode und gehört an die negative Seite (hier Ground GND).

Blinkende Leuchtdiode

Blinkende Leuchtdiode

							import time
							import RPi.GPIO as GPIO
							
							led_pin = 18
							
							GPIO.setmode(GPIO.BCM)
							GPIO.setup(led_pin, GPIO.OUT)
							
							try:
								while True:
									GPIO.output(led_pin, GPIO.HIGH)
									time.sleep(0.5)
									GPIO.output(led_pin, GPIO.LOW)
									time.sleep(0.5)
							except KeyboardInterrupt:
								pass
							
							GPIO.cleanup()
						

Taster abfragen

• Kann verwendet werden um den Zustand eines elektrischen Kontakts zu erfassen
• z.B. Lichtschranken, Türkontakte, Taster, etc...
• Pull-Up oder Pull-Down beachten (Klick)
• Die Pull-Up / Pull-Down Widersände sind in der CPU bereits eingebaut und können über die Bibliothek aktiviert werden.

Taster abfragen

Taster abfragen

Taster abfragen

							import time
							import RPi.GPIO as GPIO
							
							tast_pin = 17
							
							GPIO.setmode(GPIO.BCM)
							GPIO.setup(tast_pin, GPIO.IN, pull_up_down = GPIO.PUD_UP)
							try:
								while True:
									time.sleep(0.5)
									if GPIO.input(tast_pin) == GPIO.HIGH:
										print("Taster (nicht) gedrückt")
									else:
										print("Taster (nicht) gedrückt")
								
							except KeyboardInterrupt:
								pass
							
							GPIO.cleanup()
						

Taster abfragen

Aufgabe: Ändere das Programm so ab, dass nur die Ereignisse "Taste gedrückt" und "Taste losgelassen" ausgegeben werden.

Taster abfragen

							import time
							import RPi.GPIO as GPIO

							tast_pin = 17

							GPIO.setmode(GPIO.BCM)
							GPIO.setup(tast_pin, GPIO.IN, pull_up_down = GPIO.PUD_UP)
							
							# Callback-Funktion
							def ereignis(channel):
								print("Taster gedrückt")
																					
							GPIO.add_event_detect(tast_pin, GPIO.FALLING, 
												  callback = ereignis, bouncetime = 200)
							
							try:
								while True:
									time.sleep(0.5)
							
							except KeyboardInterrupt:
								pass
							
							GPIO.cleanup()							
						

Taster und LED kombinieren

Aufgabe: Ändere das Programm so ab, dass die LED genau 3x blinkt wenn der Taster gedrückt wird.

Raspberry Pi im Netzwerk

Netzwerkstruktur

• Ende-zu-Ende-Kommunikation
• Paketorientiert
• Datenkanal zwischen zwei Teilnehmern

Netzwerkstruktur

Client-Server-Architektur

Was sind IP Adressen

• Eindeutige Adresse in einem Netzwerk
• Zwei Arten von IP-Adressen: IPv4 und IPv6
• IPv4: X.X.X.X z.B. 10.2.22.55
• Man unterscheidet zwischen privaten und öffentlichen Adressen

							ip a
						

Was sind Ports?

• Ein Port ist ein "Teil" einer Adresse und umfasst den Wertebereich 0 bis 65535
• Zuordnung von Diensten zu Port-Nummern.
• Client und Server "binden" sich an jeweils einen Port, wenn eine Verbindung aufgebaut wird.
• Ports 0 bis 1023: System Ports
• Ports 1024 bis 49151: Registered Ports
• Ports 49152 bis 65535: Dynamic Ports

Netcat

Server-Seite

							netcat -l -p 50000
						

Client-Seite

							netcat X.X.X.X 50000
						

Frage-Antwort-Spiel - Server

						
							import sys
							import socket

							sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
							sock.bind(("", 51000))
							sock.listen(1)

							while True:
								print("Warte auf deinen Spieler ")
								spieler, addr = sock.accept()
								print("Spieler hat sich verbunden. Seine Adresse ist ", addr)
								try:
									while True:
										print("Warte auf Frage...")
										frage = spieler.recv(256)
										if frage:
											print("Emfangen: " + frage.decode())
											antwort = input("Tippe die Antwort ein und dann ENTER: ")
											spieler.sendall(antwort.encode())
										else:
											print("EOF")
											break
								finally:
									spieler.close()
						

Frage-Antwort-Spiel - Client

						
							import sys
							import socket
							import time
							
							spieler = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
							print("Verbinde zum Spieler ...")
							spieler.connect(("10.2.15.154", 51000))
							print("Verbunden")
							
							try:
								while True:
									frage = input("Tippe deine Frage ein und dann ENTER: ")
									spieler.sendall(frage.encode())
									print("Warte auf die Antwort")
									antwort = spieler.recv(256)
									print("Antwort: " + antwort.decode())
							finally:
								print("Cleanup")
								sock.close()
						

Aufgabe

(1) Schließe einen Taster am Rasperry PI an. Bei Betätigung des Tasters soll eine Nachricht an den Client gesendet werden.

(2) Schließe eine LED am Rasperry PI an. Bei Empfang der Nachricht "an" soll die LED angehen und bei Emfang der Nachricht "aus" entsprechend aus.

Sonic Pi

Installation im Terminal:

								sudo apt install sonic-pi
							

Anleitung

Abschlussprojekt

Ziel: Wir bauen ein Sensor, der in einem Winkel von 180 Grad den kleinsten Abstand zum Sensor bestimmt.

Dazu befestigen wir auf einem Servomotor ein Ultraschallsensor. Damit kann der Ultraschallsensor um 180 Grad gedreht werden.

Es soll ein Programm geschrieben werden, dass die Umgebung abscannt und im Anschluss den Sensor auf das Ziel richtet.

Aufgaben / Funktionen

1. Ansteuerung Servomotor
2. Ansteuerung Ultraschallsensor
3. Algorithmus zum scannen und positionieren

Bildet drei Gruppen, die jeweils ein Thema bearbeiten. Am Ende werden wir alles auf einem Raspberry Pi zusammenfügen.

Grobstruktur / Zusammenarbeit

						
							def setze_position(winkel):
							    print("Neuer Winkel: ", winkel)

							def messe_abstand():
								return 0.0

							def ermittle_winkel():
								return -1

							def programm():
								winkel = ermittle_winkel()
								if winkel >= 0:
									print("Kleinster Abstand gefunden bei:", winkel)
									setze_position(winkel)        
								else:
									print("Nichts gefunden")

							programm()
						

(Modellbau-)Servos ansteuern

Anleitung Ansteuerung

Ultraschallsensor HC-SR04

Funktionsweise

Anleitung