树莓派4B简介及基础环境搭建

  1. 1. 树莓派简介
    1. 1.1 树莓派是什么
    2. 1.2 树莓派能做什么
    3. 1.3 树莓派较普通电脑的优势是什么
  2. 2. 树莓派4B产品
    1. 2.1 产品介绍
    2. 2.2 基础配件
    3. 2.3 组装要点
  3. 3. 系统烧录及获取IP
    1. 3.1 系统烧录
    2. 3.2 编写网络配置文件
    3. 3.3 获取树莓派IP地址
  4. 4. 远程连接树莓派
    1. 4.1 通过SSH远程连接树莓派
    2. 4.2 利用VNC工具远程连接树莓派GUI
    3. 4.3 利用Teamviewer工具远程连接树莓派GUI
  5. 5. 树莓派换源
    1. 5.1 为什么要换源
    2. 5.2 给Raspbian的包管理器apt-get换源
    3. 5.3 给Python的第三方模块安装工具pip换源
  6. 6. 参考资料

1. 树莓派简介

1.1 树莓派是什么

  • 树莓派(Raspberry Pi)是基于Linux的单片机电脑,由英国树莓派基金会(非盈利组织)开发。目的是以低价硬件及自由软件促进学校的基本计算机科学教育。

  • 它仅有一张信用卡大小,却可以完成普通电脑的所有功能,有USB接口、HDMI显示屏接口、网线接口、耳机接口、蓝牙、WLAN、可编程引脚,可外接摄像头和显示屏,性能足以满足创客开发日常需求。

1.2 树莓派能做什么

  • 学习Linux操作系统,融入开源社区
  • 学习Python(树莓派英文名中的Pi指的就是Python。自带Python的编程环境,并且提供了简单易懂的调试工具)
  • Web开发、物联网开发及控制、科学计算、数据科学、人工智能
  • 详见:树莓派实验室_树莓派能用来做啥

1.3 树莓派较普通电脑的优势是什么

1)廉价可折腾

  • 树莓派4B的1GB、2GB、4GB内存版官网发行价分别为:$35、$45、$55(国内加上关税会贵一些,淘宝京东等平台也有售)树莓派4B官网购买传送门
  • 在使用树莓派的时候,可以放心大胆的对它进行电路改线、CPU超频、破解、删库、病毒攻击、渗透测试、内存挤占,大不了就是重新安装操作系统,闹翻天也不过买块新树莓派。这样就不必冒着风险折腾自家宝贵的笔记本电脑了。
  • 能耗低,噪音小,可以当作微型网络服务器一样24h开机。

2)树莓派运行开源的Linux操作系统

  • Linux是开源的操作系统,由世界各地的开发者历经三十年的时间逐渐积累优化,衍生出许多发行版,Linux的诞生和发展催生了开源软件文化和开源软件社群,很多软件和代码库对Linux极其友好,但如果你用Windows安装配置就会发现十分困难。

3)编程好平台

  • 作为旨在为中小学编程教学而生的计算机,树莓派内置了各种编程语言的开发环境,包括Python、Java、Wolfram、科学计算内核Mathematica,还有艺术图形可视化编程工具Processing、音乐可视化编程工具Sonic Pi、创客可视化编程工具Scratch、NodeJS等。无需复杂的安装配置,直接上手敲代码运行即可。

4)开源大社区

  • 树莓派的所有硬件、操作系统、软件、杂志、论坛全部是开源免费的,并且在全世界有规模庞大的玩家社群,他们贡献出自己的奇思妙想和源代码,你可以直接用别人写好的库和代码。一些知名开源项目,比如谷歌的人工智能框架TensorFlow、人脸识别项目face_recognition、开源机器视觉库SimpleCV、OpenCV、安卓操作系统等,都会专门开发树莓派可用的版本并撰写技术手册。

5)灵活可扩展

  • 树莓派主板上有GPIO引脚(通用输入输出接口),通过对这些引脚编程,可以控制各种各样的传感器、电子元器件、电路,进而进行机器人控制、数字电路实验,开发物联网应用。

6)便携随身带

  • 树莓派非常便携,只有信用卡大小,可以随身携带,可以用普通安卓手机充电器或者移动电源供电,可以随身携带,非常方便。

2. 树莓派4B产品

2.1 产品介绍

1)树莓派官网:https://www.raspberrypi.org/

2)树莓派4B实物图:

3)树莓派4B技术指标:

4)树莓派4B内存版本选择建议:

  • 1GB版:适用于无需图形用户界面,且不需要运行大量的应用程序的用户(如:控制机器人、智能小车等设备)
  • 2GB版:适用于需要配置图形用户界面或网上冲浪的用户(如:做为PC观看视频、部署一个微型网络服务器等)
  • 4GB版:适用于做更复杂的多任务处理用户(如:双屏4K视频播放、AI智能、AI视觉深度学习等)

2.2 基础配件

必备配件:PC( 任意一台电脑,用于烧录系统、远程控制)、TF卡(要求8G以上,推荐16G,用于存放系统)、读卡器(插TF卡连接PC)、充电器(Type-C通用充电线+5V/3A充电头,推荐买个带开关的)、散热片+风扇(给芯片降温)、外壳(保护主板)

可选配件:网线(有线连接网络)、HDMI线(有线连接屏幕)、显示器、摄像头、各种传感器、面包板+杜邦线……

2.3 组装要点

  • 芯片散热:CPU芯片、内存芯片、USB管理芯片需要贴散热片

  • 风扇接线:即红线插最上方那排的第二个,黑线插最上方那排的第三个

  • 注意事项:手不要碰芯片,拿的时候掐板子的两端,板子不要放在金属面上(静电容易将芯片击穿)

3. 系统烧录及获取IP

3.1 系统烧录

[1] 下载官方镜像

  • 下载Raspbian镜像:新手推荐下载“带有桌面和推荐软件的Raspbian Buster”的zip文件。Raspbian镜像官网下载

[2] 格式化SD卡

  • 将TF插到读卡器里连接PC,使用SD Formatter工具对TF卡进行格式化(如果是新卡可略过此步)SD Formatter官网下载

[3] 烧录镜像

说明:

  • 烧录完后仅显示一个几百兆的boot盘,这是系统主目录,其余部分在windows下看不到,可使用“Linux_Reader”工具进行查看,我感觉没啥必要。

  • 使用Win32DiskImager、Rufus等系统烧录工具应该也可行,但我没有尝试。

  • balenaEtcher烧录完镜像报了个错:“源和目标校验和不匹配”,但不要紧,使用过程中并没有什么影响。

3.2 编写网络配置文件

[1] 用记事本新建一个名为ssh的空文件(注意没有扩展名)

[2] 再用记事本新建一个名为wpa_supplicant.conf的文件,输入以下WLAN配置信息:

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country=CN
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1

network={
ssid="xxxxxxxx"
psk="12345678"
priority=1
}

注意事项:

  • ssid处填写WLAN名,psk处填写WLAN密码。如果有多个WLAN,则添加多个network代码块,priority处填写的是优先级(数字越大优先级越高)
  • WLAN配置文件wpa_supplicant.conf里的账号密码最好为纯数字,可以有小写字母,不能有大写字母、空格、特殊字符(这个文件务必不要出错,否则会导致无法连接)

[3] 将以上两个文件放置到boot盘的主目录下

3.3 获取树莓派IP地址

[1] 把TF卡从读卡器里取出,插到树莓派背板的插槽里,开机。

踩过的坑:不能利用读卡器从树莓派的USB接口插入TF卡,这样get不到系统!!!

[2] 使用Advanced IP Scanner工具对局域网进行搜索,记录名为raspberrypi的IP地址。Advanced IP Scanner官网下载

说明:

  • 也可使用iOS端的Fing、Dataplicity等软件搜索树莓派IP(需要iPhone和树莓派连在同一个局域网下)

  • 获取到的IP与你连接的网络有关(也就是说,换其他WLAN连接树莓派后IP地址会变)

4. 远程连接树莓派

4.1 通过SSH远程连接树莓派

[1] 使用诸如Xshell之类的工具通过SSH远程连接树莓派。 Xshell官网

先用默认用户名和密码登录,连接后再修改(用户名:pi、密码:raspberry

[2] 在Xshell命令行里配置VNC

Step1:在命令行里输入sudo raspi-config,进去后选“5 Interfacing Options”,再进去选“P3 VNC”

Step2:再在上述界面里选“7 Advanced Option”,进去后选“A5 Resolution”,选择一个合适的分辨率(我的选择是“DMT Mode 82 1920×1080 60Hz 16:9”)

4.2 利用VNC工具远程连接树莓派GUI

[1] 打开VNC-Viewer工具,在搜索框中copy上IP,再输入密码(建议勾选“记住密码”)即可出现图形化界面

[2] 根据向导完成树莓派的基本设置

Country选择China(下面的自动就调整了),然后勾选Use US keyboard(使用美式键盘),然后一路next,更新完成后就会显示中文界面。

[3] 树莓派GUI在VNC里的显示模糊问题

打开VNC正上方的隐藏工具栏里的设置图标——Options——Picture quality选择High

另注:下方的Scaling可以设置屏幕缩放比例

4.3 利用Teamviewer工具远程连接树莓派GUI

原因:我们已经在电脑上使用过VNC-Viewer,远程到树莓派桌面进行控制,但这仅适用于你的电脑或手机与树莓派在同一个局域网下(比如都连着家里同一个WLAN)的情况。树莓派一旦连到其它外网,IP地址便是另一个子网下的ip地址,在原来的局域网中是访问不到的,为了解决这个问题,人们采用内网穿透技术。下面我们使用Teamviewer工具作为我们和树莓派之间传小纸条的中间代理,以实现在外网控制树莓派。Teamviewer官网下载

在树莓派里安装配置Teamviewer:

[1] 在VNC的命令行里依次输入以下指令:

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$ wget https://download.teamviewer.com/download/linux/teamviewer-host_armhf.deb
$ sudo dpkg -i teamviewer-host_armhf.deb
$ sudo apt-get -f install
$ sudo apt-get install gdebi
$ sudo gdebi teamviewer-host_armhf.deb

说明:

  • 第一条命令的链接自行去官网替换成最新的。
  • 在运行第二条命令的时候会显示很多依赖包没有安装,不要慌,第三条命令就是用来干这个的。

[2] 安装完后,在树莓派桌面右上角可以看到Teamviewer的图标,点击进入,绑定邮箱账号。

[3] 点击Teamviewer里的设置图标,选择“安全性”,可在这里设置无人值守访问。

说明:在这个界面里如果勾选“轻松访问”则不需密码,为了安全性不建议勾选。下方还可以设置黑名单与白名单。

[4] 记录下ID和设置的访问密码,在外网即可凭借这两个信息轻松控制树莓派了。

5. 树莓派换源

5.1 为什么要换源

  • 树莓派默认的下载源是国外的源,每次下载都要远隔重洋获取资源,速度自然是龟速,为了解决这个问题,我们可以从国内已经下载了这些资源的人那里获取,比如说,清华大学开源软件镜像站。

  • 镜像站每隔一段时间便会使自己和国外源保持同步,维持和国外源一模一样的软件资源列表。

5.2 给Raspbian的包管理器apt-get换源

在树莓派的命令行界面输入

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$ sudo nano /etc/apt/sources.list

使用键盘方向键控制,在第一行开头加一个#,把下面的内容拷贝到最后一行之后,如图中的效果:

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deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ stretch main contrib non-free rpi
deb-src http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ stretch main contrib non-free rpi

Ctrl+X离开,再按Y保存,最后按Enter退出nano编辑器回到命令行界面

再输入以下命令更新到清华大学镜像源最新的软件列表

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$ sudo apt-get update 

这个命令,会访问源列表里的每个网址,并读取软件列表,然后保存在树莓派本地。

5.3 给Python的第三方模块安装工具pip换源

只需树莓派命令行中输入下面这一行命令,即可永久设置pip下载源为国内源。

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$ pip config set global.index-url https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

6. 参考资料

[1] 树莓派能用来做啥 from 树莓派实验室

[2] 子豪兄的零基础树莓派教程 from Github

[3] 树莓派新手无痛开机指南–子豪兄的树莓派零基础教程 from Bilibili

[4] 树莓派2B Raspberry Pi 2b 风扇安装方法教程 from 树莓派吧

[5] Raspberry Pi Help from 树莓派官网

[6] 树莓派VNC显示模糊 from CSDN