树莓派学习记录

一，型号

第一代Raspberry Pi 1 Model B

第一代升级版 Raspberry Pi 1 B+

第二代 Rasberry Pi 2 Model B

第三代及升级版 Rasberry Pi 3 Model B/B+

第四代 Rasberry Pi 4 Model B

Model A版

比B版便宜

Zero 版

售价更便宜

总结

二，树莓派接口

如下图4B树莓派所示，左侧最上方的两个接口为USB接口，最左侧最下方的比较大的接口为以太网接口(配备了两个信号灯来表示信号的状态)。蓝圈所示为耳机接口,让我们的音视频得以输出。在它的右边有一个摄像机模块的排线接口。黄圈所示为两个HDMI接口，可以将视频进行输出，支持4K视频输出，红圈所示为typec电源接口。板子下方有一排GPIO连接器(40针)，可以方便链接各种各样的传感器，在其左边有四个小的针脚，它是支持POE供电的

SD卡插在树莓派的背面，如下图所示

三，开机启动

1，外设准备

1，需要一个电源供电。下图所示充电器有一个开关，这可以使我们不需要对书没票的电源插口进行拔插，有利于延长树莓派使用寿命

2，SD卡和读卡器。用来存储树莓派的系统，建议8G以上，读卡器建议用高速的，这会直接影响树莓派的运行速度

3，带有USB接口的鼠标和键盘，显示屏(用HDMI线与树莓派之间进行连接)

2，烧录

1,使用官方的Rasberry Pi Imager。选择好系统烧录即可

2,自定义安装包，自由选择系统，详细的设置调整。使用如下烧录工具

3，连接外设

系统烧录完成之后就可以开始连接我们所有的外设，打开电源即可在显示屏上看到系统。

接线顺序：1，选连接显示屏HDMI到树莓派接口。2，连接电源线并通电

4，常见问题

树莓派一直重启
原因：电源供电问题。

解决方法：电源必须满足两个条件：1，电源功率不能低于5V/3A.2，保证电源输出稳定性。两个条件无法保证就会出现各种各样的问题，重启只是问题的一种

关机问题

如果把树莓派电源开关给拔掉，这样会对树莓派系统造成损失

正确关机方法：1，使用终端命令

在终端中输入sudo poweroff或sudo shutdown -h now(将-h改为-r可以用来重启。将now改为+2表示树莓派将在两分钟后关机)回车即可

2，使用桌面图标：点击桌面左上角的树莓派标志，如下图。会弹出提示窗口，选择关机即可，如下图

四，无显示屏连接，网络远程连接

1，有线连接

进行以下四步。连线，即将网线一端连接树莓派，另外一端插在笔记本上即可。共享，是将笔记本的网络共享给树莓派。查找，查找树莓派IP地址。连接，利用树莓派IP地址连接树莓派

共享：

打开Windows设置，选择网络，在更改网络设置中找到更改适配器选项，然后选择第一个无线网，双击后打开属性，在上方切换到共享，勾选允许其他网络用户通过此计算机的Internet连接来连接

查找：

打开Windows的CMD窗口，输入命令arp -a,回车会出现好多地址，为了找到树莓派的IP地址，在刚刚打开的网络设置中右键以太网选择属性，找到下图鼠标指针所在处的网络协议，双击

双击后，可以看到以下界面，将IP地址与之前的众多IP地址进行对照，可以看到有两个是符合的

192.168.137.255是广播IP，所以剩下的192.168.137.106就是树莓派地址，保险起见可以在CMD中ping一下看看通不通，如下图所示是ping的通的，所以这个IP地址就是树莓派IP地址

连接：

连接到树莓派的工具有很多，其中一种是putty，一种基于SSH协议的连接工具

所以需要我们开启树莓派的SSH接口。取出树莓派的系统卡，在笔记本上打开，直接在其中新建一个文本文档，将其名称修改为ssh(小写)，去掉后缀.txt，完成之后就可以将系统卡装回树莓派开机，这时树莓派就打开了SSH接口。

打开putty界面，输入我们查到的树莓派IP地址，点击打开，会出现一个登陆选项，如下图

用户名输入pi，密码输入raspberry,回车后即可打开树莓派

在下方输入命令即可控制树莓派。所以putty只支持命令行操作

2，无线连接

通过笔记本热点共享或其他无线网络，使笔记本和树莓派之间进行无线网络数据和信息传递

树莓派连接上笔记本共享的无线网络：

首先，取出树莓派的系统卡，插入到电脑上，电脑会自动弹出SD卡之中的内容(弹出窗口中取消格式化)，以下界面即为SDK文件的内容。在此文件夹中新建一个文本文件，用记事本打开，在此文件中写入要给树莓派配置的信息，如下图代码

country=CN
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
network={
        ssid="无线网名字"
        psk="密码"
        priority=10
}

写入内容后将文件名改为wpa_supplicant.conf.这样网络配置就完成了

查找树莓派IP地址：

笔记本开启热点之后，连接该热点的设备，能够直接看到IP地址

连接树莓派：

（1）利用软件putty

有了IP地址之后，我们就可以使用远程工具putty来连接和操作树莓派了，也可以使用win10自带的远程桌面连接

（2）利用远程桌面连接

使用远程桌面连接首先要给树莓派安装对应工具xrdp（利用putty连接上树莓派，利用命令行来给树莓派安装软件，命令行输入sudo apt-get install xrdp）,然后给利用远程桌面连接输入树莓派IP地址连接即可

然后输入树莓派用户名和密码，如下

然后就可以见到树莓派系统了

（3）利用VCN连接

VNC是一个图形桌面共享系统。一台计算机或移动设备(运行VNC查看器)远程控制另一台计算机(运行VNC服务器)的桌面。

VNC查看器将键盘和鼠标的操作传输到VNC服务器，并接收VNC服务器返回的屏幕更新

在这里，树莓派就是VNC服务器，笔记本电脑就是VNC查看器。首先在电脑上安装VNC查看器，再在树莓派上安装VNC服务器，最后通过树莓派IP地址使两者建立连接

1，VNC服务器建立

树莓派是自带VNC服务器的，只是在默认情况下是关闭的。

打开方式：可以通过系统桌面来打开。找到系统桌面左上方树莓派标志，选择首选项中的Raspberry Pi Configuration，打开它。

然后将第三行VNC选择为Enable即可

第二种可以通过命令行(树莓派桌面命令行或者通过putty打开命令行都是可以的)

输入终端命令sudo raspi-config,回车即可看到以下界面，通过键盘移动到第三个选项回车

再选择第三个选项回车

再选择是回车

2，VNC查看器建立

在桌面上打开网址输入realvnc.com .进入官网当中选择VNC Connect

然后选择Download中的VNC Viewer

然后下载安装包即可

3，树莓派和笔记本进行连接

打开树莓派系统的终端窗口，输入命令行vncserver,直接回车VNC就运行了，在最后一行会给一个IP地址，将其复制，如下图

在刚刚安装的VNC Viewer上输入刚才复制的IP地址，回车

输入树莓派账户和密码

3，配置静态IP地址

静态IP地址，即不会发生变化的IP地址，这样就不用每次都去查看了

（1）查找默认网关

在笔记本cmd中输入命令ipconfig后回车，最后一行就是我们需要的默认网关

（2）分配给树莓派ip地址

查找路由器分配给树莓派的IP地址，直接用此地址作为树莓派静态IP地址

树莓派系统桌面右上角有WLAN图标将鼠标放在上面就可以看到IP地址

也可以使用命令行查看，输入hostname -I即可查看

（3）修改树莓派DHCP配置文件

在终端窗口中输入命令sudo nano /etc/dhcpcd.conf ,回车后在末尾添加上配置信息：

interface wlan0
static ip_address=你的ip地址/24
static routers=你的默认网关
static domain_name_servers=你的默认网关

粘贴完成按ctrl+s写入，再按ctrl+x退出，最后再重启一下树莓派就配置好了静态IP地址

五，文件传输

1，文件传输方法

（1）U盘传输

U盘传输较为快捷，简单，而且电脑和树莓派均有U盘接口。但是需要U盘且树莓派和电脑都在附近

（2）VNC传输

目前VNC Viewer(VNC查看器)自带文件传输功能。VNC连接后就可以直接传输。树莓派需要开启VNCserver，个人电脑需要安装VNCviewer

将树莓派VNCServer设置为开机自启：打开树莓派系统中的终端窗口，输入命令sudo nano /etc/init.d/vncserver,然后复制粘贴以下配置文件。粘贴复制之后ctrl+s保存，再ctrl+x退出

#!/bin/sh
export USER='pi'

eval cd~$USER

case "$1" in
start)
#启动命令行。此处自定义分辨率、控制台号码或其它参数。
su $USER -c '/usr/bin/vncserver -depth 24 -geometry 1920x1080:1'
echo "Starting VNCServer for $USER"
;;
stop)
su $USER -c '/usr/bin/vncserver -kill:1'
echo "VNCServer stopped"
;;
*)
echo "Usage: /etc/init.d/vncserver {start/stop}"
exit 1
;;
esac
exit 0

然后将这个文件加上权限，输入命令：sudo chmod 755 /etc/init.d/vncserver,然后回车

再输入命令设置为开机自启，输入命令：sudo update-rc.d vncserver defaults

最后输入命令sudo reboot重启树莓派

从电脑传输文件到树莓派：

树莓派重启之后，在VNC Viewer中输入树莓派地址(在地质后加一个:1) ,然后回车连接树莓派

在树莓派桌面系统中，将鼠标移到上方会出现7个图标，如下图，点击第四个图标出现如下框，点击框左下角的Send Files

就可以浏览电脑文件了，双击所要传输的文件就可以传输到树莓派桌面上

从树莓派传输文件到电脑：

点击右上角指针所在位置的图标，会出现以下框，再点击右上角菜单

选择File Transfer

然后点击左下角Send Files

找到想要传输的文件，双击即可传输到电脑上

（3）FTP文件传输协议

六，配置编译环境（Python）

官方系统已经内嵌了python2和python3，所以在使用时只需要注意使用的python版本

在树莓派系统终端窗口中输入python可以进入带python2版本，输入python3可以进入到python3版本。

exit()为退出命令

pip install ...：给python2安装python库。比如pip install pandas来安装python2的pandas库

pip3 install ...: 给python3安装python库。比如pip3 install pandas来安装python3的pandas库

当然，树莓派系统自带像pycharm一样的IDE，可以像下图一样打开。需要注意Thonny仅仅支持Python3.5以上的版本

设置中文环境

七，Linux系统操作命令和编辑器的使用

sudo：大部分命令用普通用户pi就可以使用。但有些命令需要高级权限才能打开

pwd:显示当前所在目录
cd+文件路径：切换到指定文件目录
cd~：切换到主目录(/home/pi),~也可以省略不写
cd ..:切换到上一级目录
ls:展示当前目录下所有的文件和文件夹(不包含隐藏文件)
ls -a: 展示当前目录下所有的文件和文件夹(包含隐藏文件)
mkdir +目录名:创建目录
touch +文件名：创建文件
cat +文件名:查看文件所有内容
more +文件名：查看文件所有内容
head +文件名：查看文件前10行
tail +文件名：查看文件后10行
rm +文件名：删除文件
rm -r +目录名：删除目录
mv +文件名1 +文件名2：如果文件名2不存在，则将文件名1改为文件名2.如果存在，则文件1覆盖掉原文件2，并更名为文件名2
mv +文件名 +目录名：将文件移动到目录
nano +文件名：使用nano编辑器编辑文件。如果文件不存在，则创建文件。以下为nano编辑器常用快捷键

在终端输入nano t.txt即可进入以下界面来编辑t.txt文件

vi +文件名: 使用vi编辑器编辑文件。如果文件不存在，则创建文件。以下即为进入了vi的命令模式。想要写入内容需要切换到插入模式

vi有三种模式：

插入模式下按esc可切换到命令模式

八，系统备份与还原

树莓派系统备份就是对root分区和boot分区这两个分区进行系统备份

系统备份方式共有以下两种

1，全卡备份

全卡备份需要准备树莓派SD卡1，一张容量不小于SD卡1的SD卡2，读卡器

全卡备份方式共有以下三种

这里讲方式二

首先打开树莓派系统桌面，找一张新的系统卡插入到树莓派中，会弹出一个窗口，输入密码后确定

点击取消

就可以发现新的SD卡就在桌面显示了

点击左上角树莓图标，按下图方式找到SD Card Copier

出现以下界面

From选择从系统卡，To选择刚才的新卡，点击Start

选择Yes

出现以下界面说明复制完成

2，压缩备份

准备：树莓派SD1卡，空的SD2卡，读卡器

在树莓派终端窗口中输入df -h,查看一下系统卡当前的剩余空间，查看是否能够存放备份文件，备份文件大小为：已用空间X1.2.如果剩余空间足够存放备份文件，那就直接备份文件存放在系统卡上，如果剩余空间不足够存放备份文件，那就需要另外空的SD卡，将备份文件存储在新SD卡上

然后执行以下第一行代码

然后执行第二行代码

sudo ./back.sh +备份镜像名字(可以任意取名，但必须以.img结尾)

备份完成之后可以输入ls看看当前目录下是否有刚刚备份的文件

3，系统还原(使用备份系统)

如果使用的是全卡备份的方式二和三，那么就可以把备份之后的SD卡直接插入到树莓派中直接使用。如果使用的是全卡备份的方式一或者是压缩备份，那么就需要把备份后生成的系统镜像重新烧录到SD卡中

九，GPIO管脚

电路板边缘的GPIO引脚。新版具有40针GPIO接头，老版本有26针接头

1，引脚分类

2，引脚编码方式

树莓派引脚编码方式共有三种，同一个引脚在不同编码方式上的代号是不同的

（1）板载编码

这种编码方式是按照树莓派主板上引脚排针编号，分别对应1~40号引脚。能够直接看见。注意查看引脚排列顺序，数编号时按下图顺序来数

（2）BCM编码

这种方式是参考BroadcomSOC的通道编号侧重CPU寄存器。是Python程序中常用的编码方式，如果做项目使用的是Python语言，就要注意自己的引脚编码是不是BCM编码

（3）WiringPi编码

把扩展GPIO端口从0开始编码。使用C语言控制

（4）在终端窗口查看代码

在树莓派终端窗口输入 pinout可以查看板载编码。输入gpio readall可以查看全部编码

3，控制引脚

（1）通过终端命令

先进入GPIO目录：cd /sys/class/gpio. 然后ls查看目录内容，出现下图内容

然后输入：echo 引脚编码(BCM编码) > export。打开编码表找到我们使用引脚的BCM编码，然后将上述命令的引脚编码修改即可

回车之后再来查看一下目录，而可以看到多了一个引脚目录，使用cd gpio26进入到该目录下

进入之后就可以使用终端命令来控制引脚了

输入第一行代码设置输出方向： echo out > direction

然后输入第二行代码：echo 1 > value(输出高电平)

echo 0 > value(输出低电平)

使用完成之后需要注销GPIO引脚：cd ..

echo 26 > unexport

也可以直接使用gpio命令控制：

如下图所示是对编号为4(BCM编码)的引脚进行控制

对照编码图可以看到，如果我们连接了7号引脚，则它对应的BCM编码标号为4，所以以上对板载编码的7号引脚，BCM编码的4号引脚进行操作

（2）通过Python

首先cd Desktop/切换到桌面目录，使用nano编辑器直接新建python文件，如下

然后在编辑器内输入以下代码

然后ctrl+s保存，再ctrl+x退出

然后输入python3 led.py运行写好的代码即可

（3）通过C语言

创建led.c文件

运行文件先输入命令：gcc -o led led.c -lwiringPi

然后输入：sudo ./led再回车就运行了

十，串口通讯

1，树莓派串口介绍

2，利用串口通讯

需要4个步骤：

（1）安装

主要目的就是将硬件串口设置为主串口(只有主串口可以使用引脚通讯)

首先在终端输入ls /dev -al查看串口打开情况，可以发现主串口没有打开，ttyAMA0被分配到了辅助串口serial1,这表示mini串口没有显示

打开mini串口。在Raspberry Pi Configuration中

将Serial Port勾选为Enable。将Serial Console 勾选为Disable

它会提示我们重启树莓派，选择Yes

重启后再 ls /dev -al查看串口打开情况，就可以看到mini串口(ttyS0)打开了。但是硬件串口仍然是辅助串口，所以需要将硬件串口设置为主串口

输入命令sudo nano /bppt/config.txt回车

在这个文件末尾添加两行代码

dtoverlay=pi3-miniuart-bt

force_turbo=1

ctrl+s保存，ctrl+x退出即可

再输入sudo reboot重启树莓派

（2）安装串口调试工具

在树莓派上安装minicom串口助手

输入命令sudo apt-get install minicom

在电脑上安装串口调试工具XCOM

（3）连接树莓派和电脑

三根引脚分别连接GND,TXD,RXD

连接完成后回到树莓派终端，输入命令运行minicom：minicom -D /dev/ttyAMA0 -b 9600

电脑串口波特率设置为9600就可以用电脑给树莓派发送数据了

可以看到数据发送和接收了

退出minicom：先按下ctrl+a再按下z可以弹出菜单，再按下x，选择Yes即可退出

十一，实例1：交通信号灯

数字传感器和模拟传感器：数字传感器是数字量，模拟传感器是模拟量。数字量是离散的，比如一个灯泡的开关，它只有开和关两个状态。模拟量是连续的，比如可调电灯，它可以从暗调到亮，这个过程是连续的。

此次实例所用的LED传感器就是一个数字传感器。这个传感器有3个引脚。通常来说，LED灯只需要一个电源和一个接地通过高低电平就可以控制LED灯亮与灭，实际上这样是有安全隐患的，当输出高电平时，接收信号这个引脚既接收了高电平信号，又作为一个供电引脚，那这样就会造成传感器引脚负荷，所以进行了改善，改为三个引脚