Raspberry Pi - Einführung und Beispielprojekte

Raspberry Pi
Einführung und Beispielprojekte
Von Peter Eulberg für
25.02.2014

Peter Eulberg
Kurzvorstellung
» Peter Eulberg – Freiberuflicher IT Berater in Mainz
» Leistungsspektrum umfasst u.a.
» Digitalisierung von Geschäftsprozessen,
bspw. Online-Marketing, -Interessentenmanagement, -Vertrieb
» Webtechnologien, Enterprise Applications,….
» Anforderungsspezifikationen & Konzeption
» IT Beratung generell, auch im Auftrag von Agenturen
» ….
» Seit 2008 zertifizierter Project Management Professional®
» Mehr zu mir & Kontaktinfos auf http://eulberg.info
25.02.2014

Peter Eulberg
Agenda
25.02.2014
Der Raspberry Pi - Was kann er, was nicht
Beispielprojekte
Getting Started: Beschaffung, sinnvolle Erweiterungen
Grundlagen, Schnittstellen, Bussysteme

Die Maschine – Grundlagen
Der Raspberry Pi und seine Schnittstellen
Credits: http://www.a-gc.com/cars-ferrari-motor-vehicles-71413/

Peter Eulberg
Was ist der Raspberry Pi?
» Der Raspberry Pi ist ein preiswerter Einplatinencomputer
» Primärer Zweck ist das Hardware-nahe Lernen
» Erfunden und entwickelt von der Raspberry Pi Foundation,
bspw. Eben Upton, Rob Mullins, Jack Lang, Alan Mycroft
» System-on-a-chip: Broadcom 700 MHz ARM 11 CPU
» Model A 256 MB RAM, kein Ethernet
» Model B 512 MB RAM & 100 mbit/s Ethernet
» Hardware-beschleunigte Grafikausgabe, bspw. mp4
(1080p)
» Bis November 2013 wurden mehr als 2 Millionen Geräte
verkauft
» Entsprechend große Community und viele dokumentierte
Beispielprojekte
25.02.2014

Peter Eulberg
Schnittstellen
18.01.2013

Peter Eulberg
Wozu ist er geeignet?
» Preiswerter, langsamer Komplettrechner
» Kann X-Windows, Tastatur, Maus, SD-Card „Festplatte“, HDMI-Anschluss für Monitor
» Lüfterloser Mediacenter mit RaspBMC (später mehr)
» „Kopfloser“ („headless“) Controller/Server
» Minimaler Stromverbrauch: ~ 3,5 Watt (Model B) = ~ 31 kWh p.a. = ~ 8 Euro p.a.
» Bsp. Hausautomatisation, Kamera-Anwendungen, digitales Spielzeug
» Server für eigene Anwendungen, ob in Hardware oder in Software
» Lernprojekte
» Nachbauen von Tutorials
» Programmieren lernen
» Die RPi Ressourcen reichen bspw. für einen vollen LAMP Stack
» Die Python Unterstützung ist groß
» Für das Kompilieren größerer C/C++ Projekte reicht die CPU nicht
» Linux an der Kommandozeile lernen – es ist ein volles Debian verfügbar
» Rapid Hardware Prototyping
25.02.2014

Peter Eulberg
Wozu ist er weniger geeignet?
» CPU intensive Applikationen
» Multi-User Server Applikationen
» I/O intensive Applikationen
» Enterprise, Industrial Strength oder hoch verfügbare Applikationen
» Network Attached Storage
» Die 100 mbit Netzwerkschnittstelle ist via USB an die CPU angebunden
» Der RPi hat keine SATA Schnittstelle
25.02.2014

Peter Eulberg
Alternative Kleincomputer
» Die Welt der Arduinos
» Auch sehr großes Ökosystem / große Community
» Code muss kompiliert und geflasht werden
» Noch energieeffizienter
» Diverse Boards und Kits
» Bspw. auf ebay ab 16 Euro
» Cubieboards http://cubieboard.org/
» Mehr RAM und 4 GB Flash Speicher eingebaut
» Mehr Power, SATA, Gigabit Ethernet, bspw. für NAS
» Bluetooth, SPDIF
» Preis bei exp-tech.de 50 Euro
» Intel NUC
» Voller Intel Barebone ab ~ 115 Euro
» Siehe bspw. c‘t 3/2014
25.02.2014

Grundlagen Bus-Systeme?
Credits: http://www.der-werftverein.de/images/jumo205/jumo205_getriebe_2.jpg

Peter Eulberg
GPIO, UART & PWM
» GPIO: General Purpose Input and Output
» Einzelne Pins können in Lese- oder Schreibmodus versetzt werden
» Also per Software als Schalter oder Detektor konfiguriert werden
» Bspw. LEDs an- und ausschalten oder auf Taster/Schalter reagieren
» UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
» Ein TX/RX Interface, letztendlich eine serielle Schnittstelle, bspw. ein COM
Schnittstelle, wie früher per der Maus oder ein serielles Terminal
» PWM: Pulse Width Modulation //beim RPi gibt es drei Möglichkeiten
» Eingebaute Hardware
» Via GPIO PIN 18, dazu muss man aber einen eigenen Kernel kompilieren
» Software (bspw. pi-blaster)
» Auf einem oder mehreren beliebigen GPIO Pins
» Man kann damit bspw. Servo-Motoren steuern oder LEDs dimmen
(und vieles mehr)
25.02.2014

Peter Eulberg
SPI – Serial Peripheral Interface Bus
» Das Serial Peripheral Interface
(kurz SPI) ist ein von Motorola
entwickeltes Bus-System mit
einem „lockeren“ Standard für
einen synchronen seriellen
Datenbus (Synchronous Serial
Port), mit dem digitale
Schaltungen nach dem Master-
Slave-Prinzip miteinander
verbunden werden können.
» http://de.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface
» Beispielsweise zum Betreiben von
LC-Displays am RPi
25.02.2014

Peter Eulberg
I2C – Inter-Integrated Circuit
» I²C, Inter-Integrated Circuit ist ein von
Philips Semiconductors (heute NXP
Semiconductors) entwickelter serieller
Datenbus.
» http://de.wikipedia.org/wiki/I2C
» Solider Bus, sehr viele
Anschlussmöglichkeiten, großer
Adressraum
» Beim RPi können damit weitere
Controller und vielfältige andere Geräte
angesteuert werden.
» Ich steuere damit bspw. einen 1-wire
Master
25.02.2014

Getting Started –
Was braucht man? Was kostet es?
Woher bekommt man es?
Credits: Laura Lindemann, CC, http://www.fotocommunity.de/pc/pc/display/26621622

Peter Eulberg
Basisausstattung und Kosten
Der Raspberry Pi
» Modell A, kein Netzwerk, 256 MB RAM: 27,50 Euro bei exp-tech.de
» Modell B, Rev. 2, 512 MB RAM: 39,55 Euro bei exp-tech.de
HDMI Kabel, Monitor und Tastatur für das initiale Setup
Folgendes Zubehör wird mindestens benötigt:
» SD-Karte
» Ab 4 GB, besser 8 oder 16 GB, Preis ab etwa 4 Euro
» Ich nehme meist Transcend 8 oder 16 GB
» USB Netzteil mit Kabel und Micro-USB Stecker
» Es sollte 1000 mA Stromstärke liefern, der RPi reagiert instabil auf mangelnden Strom
» Preis ab etwa 8 Euro
» Ich nehme meist eins mit separatem Kabel
25.02.2014

Peter Eulberg
Optional sinnvoll
» Gehäuse
» Ab 6 Euro auf Ebay
» Ich nehme gerne eins mit GPIO Schlitz;
» http://www.sbcshop.co.uk/ £4.39
» WLAN Adapter
» Der preiswerteste Edimax Adapter
» Bspw. Edimax EW-7811Un für ~ 8 Euro
25.02.2014

Peter Eulberg
Initiales Setup
» Image auf SD Karte
» Das Betriebssystem der Wahl ist Raspbian, ein Debian für den Raspberry kompiliert
Raspbian gibt es hier: http://www.raspberrypi.org/downloads
» Das Image muss auf einen PC gedownloadet werden und mit einem Image Tool auf die
SD Karte kopiert werden. Anleitung für alle Betriebssysteme hier:
http://developer-blog.net/administration/raspberry-pi-image-auf-sd-karte-kopieren/
» Starten mit HDMI Monitor, Netzwerk und Tastatur
» Wizard durchlaufen
» Kopflos starten
» SSH auf IP
» Benutzername: pi
» Passwort: raspberry
» Für Root Passwort:
» sudo su –
» passwd //Passwort für root 2x eingeben
» WLAN einrichten: http://www.datenreise.de/raspberry-pi-wlan-einrichten-edimax/
25.02.2014

Peter Eulberg
Optional sinnvoll
zur Hardware Entwicklung
» Breadboard, ein Steckbrett um mit Kabelbrücken
Schaltungen aufzubauen
bspw. 300x100: 3,70 Euro bei exp-tech.de
» Pi-Cobbler & Verbindungskabel
Bspw. „Adafruit Assembled Pi Cobbler Breakout +
Cable for Raspberry Pi”: 7,57 Euro bei exp-tech.de
» Jumper Kabel m/m: 3,50 Euro bei exp-tech.de
» LEDs, Taster, Display, ….. Je nach Projekt
25.02.2014

Peter Eulberg
Beispiele für Bezugsquellen &
Erweiterungen
Generell gibt es viele Anbieter, auch Spezialisten
» Gute Anlaufstellen sind Adafruit in den USA http://www.adafruit.com/category/105
und
» EXP-TECH in Deutschland http://www.exp-tech.de
EXP-TECH hat auch fast alles von Adafruit
» Adafruit hat auch viele gute Tutorials, bspw. für den Anschluss von
Displays, GPS, Robotics usw.
» Ein weiterer guter Laden in UK ist Hobbytronics: http://www.hobbytronics.co.uk
Hier gibt es preiswert bspw. Relay Module zum Schalten von 220V Geräten, Sensoren
und Erweiterungsboards für den RPi
» Seeedstudio ist ein Hardware Shop in Shenzen der nach Deutschland liefert. Manche
Produkte von Seeedstudio für auch exp-tech. http://www.seeedstudio.com/depot/
25.02.2014

Peter Eulberg
Einige Beispielprojekte
Credits: CrazyDavy: http://www.fotocommunity.de/pc/pc/display/23586598

Peter Eulberg
RaspBMC Media Center
» Super einfaches Projekt
» Exklusiv für eine SD-Karte oder einen Raspberry Pi
» http://www.raspbmc.com
» Image downloaden, SD-Karte flashen
» Per HDMI an den TV, Netzwerk anschließen
» Mit der TV Fernbedienung bedienen (HDMI CEC)
» FERTIG
Features bspw.:
» DLNA Player & Provider
» Airplay Empfänger (nur Sound)
» Viele Erweiterungen, bspw.
» Apple Trailer in HD schauen
» Youtube
» …..
25.02.2014

Peter Eulberg
GPIO Taster & LEDs
» Beliebige Aktionen mit Tastern ausführen oder
» Beliebige Information durch leuchtende LEDs anzeigen
» Viele gute Tutorials verfügbar, bspw. http://blog.oscarliang.net/use-gpio-pins-on-raspberry-pi/
» RPI.GPIO Python Library
» Beispiel
25.02.2014

Peter Eulberg
GPIO Taster & LEDs
25.02.2014

Peter Eulberg
Die RPi Kamera
Der RPi hat eine spezielle Schnittstelle für eine Kamera.
Damit lässt sich Hardware-nah eine Kamera anschließen:
» 5 MegaPixel, 2592 x 1944 Pixel statische Bilder,
1080p30, 720p60 und 640x480p60/90 Video
» Installation: http://www.raspberrypi.org/camera
» Preis 20 Euro bei exp-tech.de
» Kamerahalterung: 3,57 Euro bei exp-tech.de
» Nachtbildkamera: 22 Euro bei exp-tech.de
» Mit netcat (nc) Feed anschauen
» Mit Python Modul picamera die Kamera programmieren http://www.raspberrypi.org/archives/5672
» http://jankarres.de/2013/12/raspberry-pi-als-ueberwachungskamera-einsetzen/
» Mit der Linux Software motion bei Bewegung Bilder machen:
http://jankarres.de/2013/12/raspberry-pi-kamera-modul-mit-motion-tracking/
25.02.2014

Peter Eulberg
SPI - Display
» Eines der preiswertesten Displays mit
grafischer Darstellung ist das Nokia
5110
» Es ist für 4,80 bei exp-tech.de erhältlich
» Python Library und Tutorial finden sich
hier: https://github.com/rm-hull/pcd8544
18.01.2013

Peter Eulberg
Weitere Displays
» Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, Displays am RPi zu betreiben, die nicht
über HDMI oder RCA-Video-out angeschlossen werden bspw.
» Emsystech.de ~50 Euro mit Buttons
» Adafruit RGB Negative 16x2 LCD Keypad Kit
~ 24 Euro bei exp-tech.de
25.02.2014

Peter Eulberg
I2C –> 1-Wire
Grundlagen 1-Wire
» Entwickelt von Dallas Semiconductor jetzt Maxim
» Sehr preiswerte Geräte wie Thermometer, Zähler usw.
» Offenes Protokoll, gut genormt
» Alle Geräte haben eine einzigartige ID
» 75 Geräte können über 300 m in 1 sec abgefragt werden
» Für den RPi gibt es einen Adapter (RPI2) von
http://www.sheepwalkelectronics.co.uk
für etwa 20 Euro
» Passt direkt auf den Pfostenstecker und bietet
einen RJ45 Adapter mit 5V Strom Einspeisung
» Auf der Website findet sich auch ein Tutorial
mit der Aktivierung von I2C und der Belegung
der RJ45 Pins
http://www.sheepwalkelectronics.co.uk/RPI2_software.php
25.02.2014

Peter Eulberg
1-Wire Geräte
Temperatursensor DS1820
» Einfach 1,12 Euro auf ebay
» fertig konfektioniert 10 Euro
bei heiko@stifft.de oder
bei lightburst auf ebay
Counter von hobby-boards.com
» Wird nicht für dieses Setup benötigt
» 28$ aus USA
1-wire Hub f. RJ-45
» 12 Euro bei heiko@stifft.de oder
oder bspw. bei lightburst auf ebay
25.02.2014

Peter Eulberg
Setup I2C &
mit owfs Daten auslesen
» pi@raspi:~$ sudo modprobe i2c-bcm2708
pi@raspi:~$ sudo modprobe i2c-dev
pi@raspi:~$ sudo apt-get install i2c-tools
» pi@raspi:~$ sudo i2cdetect -y 1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- 18 -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
...
» sudo apt-get install owfs ow-shell
» owdir
/28.FC6711040000
/28.B26518040000
/bus.0
/uncached
/settings
…..
25.02.2014
» pi@raspi:~$ owread
/28.FC6711040000/temperature; echo
19.125
pi@raspi:~$ owread /26.57144F010000/humidity;
echo
59.7425

Peter Eulberg
Software Defined Radio:
RTLSDR, SDR#, dump1090
» Es gibt sehr preiswerte USB DVB-T
Dongles basierend auf dem Realtek
RTL2832U
Ab 10 Euro auf ebay
» Eine große alte TV Antenne ist
sinnvoll, man brauch einen Adapter
oder zerschneidet die mitgelieferte
Antenne, erstmal geht es auch so
Folgende zwei sehr einfache Projekte
sind möglich:
» Software Defined Radio
» Empfangen von Flugzeugdaten
25.02.2014

Peter Eulberg
RTLSDR und SDR#
Zu RTLSDR auf dem RPi gibt es hier ein Tutorial:
http://thardes.de/raspberry-pi-als-sdr-server/
Verkürzt:
» Build essentials downloaden
» git clone git://git.osmocom.org/rtl-sdr.git
» cmake && make install
» Das dauert etwa eine halbe Stunde ;)
» sudo rtl_tcp -a 192.168.0.42
» Für Windows gibt es SDR# http://sdrsharp.com/
» Installieren und auf die RPi IP Port 1234
zeigen lassen
» Radio hören, Frequenzen / Sender
finden, dumpen, ….
» Willkommen in der Welt von Software
Defined Radio http://sdr.osmocom.org/trac/wiki/rtl-sdr
25.02.2014

Peter Eulberg
ADS-B mit dump1090
» ADS-B Informationen von vorbeifliegenden Flugzeugen empfangen
» http://www.satsignal.eu/raspberry-pi/dump1090.html
» sudo apt-get install pkg-config
» git clone git://github.com/MalcolmRobb/dump1090.git
cd dump1090
make
» ./dump1090 --interactive
» Erweiterung auf Planeplotter / Plane Plotter Netzwerk / Flightradar24 App
25.02.2014

Peter Eulberg
Radio senden
» Super einfach
» Man benötigt ein Kabel an GPIO4 also Pin 7
» Und das Python Modul PiFm
» Tutorial: http://www.icrobotics.co.uk/wiki/index.php/Turning_the_Raspberry_Pi_Into_an_FM_Transmitter
» PiFm: http://omattos.com/pifm.tar.gz
» Alternativ
http://www.heise.de/hardware-hacks/meldung/Raspberry-Pi-als-FM-Senderchen-1921154.html
25.02.2014

Peter Eulberg
Hausautomatisation – Razberry
Grundlagen Z-Wave
25.02.2014
» Ein Z-Wave Netz hat immer einen
Controller,
bspw. ein USB Stick am Windows PC, eine
Appliance oder ein RaspberryPi mit
Razberry
» Z-Wave Geräte werden im Lernmodus des
Controllers durch Druck eines Knopfs am
Gerät hinzugefügt (ähnlich DECT)
» Z-Wave Geräte schlafen meist und wachen
meist alle 15 Minuten auf und teilen
Informationen mit
» Sollten Events vorfallen, so teilen sie diese
direkt dem Controller mit, bspw. die Tür
öffnet sich

Peter Eulberg
Z-Wave Mesh Netzwerk
25.02.2014
» Routing Tabelle eines Z-Wave Mesh Netzwerks

Peter Eulberg
Razberry
» http://razberry.z-wave.me/
http://forum.z-wave.me/
» razberry.z-wave.me/docs/razberry.pdf
» Kostet bei
http://store.zwaveeurope.com/product_info.php?products_id=12362
etwa 60 Euro
» Installation: wget -q -O – http://razberry.z-
wave.me/install|sudo bash
» http://<rpi-ip-address>:8083
» Lässt sich komplett über Webinterface
bedienen
» Hat JSON API
» Kann über Javascript an der Shell
programmiert werden
» Hat Hooks an der Shell für beliebige
Programme
25.02.2014

Peter Eulberg
Vielen Dank!
http://eulberg.info
eulberg@prodyco.com

Peter Eulberg
Herausforderungen
» Großes e-Paper, es gibt nur kleine von Amazon Kindle
» Use Case: Info-Screen an der Wand im Bilderrahmen
» Alternativ Touchscreen
» Solar-powered Pi mit Akku
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25.02.2014

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