树莓派4B简介及基础环境搭建

yoyo 6/6/2021 树莓派Raspbian

# 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 (opens new window)

# 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 (opens new window)
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/ (opens new window)

2）树莓派4B实物图：

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 (opens new window)

[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 (opens new window)

[3] 烧录镜像

使用balenaEtcher工具将Raspbian镜像烧录到TF卡中。balenaEtcher官网下载 (opens new window)

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：

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

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

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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 (opens new window)

获取树莓派IP地址

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 (opens new window)

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”

在Xshell命令行里配置VNC-1

在Xshell命令行里配置VNC-2

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”）

在Xshell命令行里配置VNC-3

# 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

利用VNC工具远程连接树莓派GUI-1

[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。

利用VNC工具远程连接树莓派GUI-2

[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 (opens new window)

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：

$ 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

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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

$ 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：

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

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按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

$ 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。

$ 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 (opens new window)

[2] 子豪兄的零基础树莓派教程 from Github (opens new window)

[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 (opens new window)

[4] 树莓派2B Raspberry Pi 2b 风扇安装方法教程 from 树莓派吧 (opens new window)

[5] Raspberry Pi Help from 树莓派官网 (opens new window)

[6] 树莓派VNC显示模糊 from CSDN (opens new window)

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