树莓派(Raspberry Pi)是学习计算机知识、架设服务器的好工具,价格低廉,可玩性高。

本文根据我的亲身经验,介绍如何从零开始,搭建一个树莓派服务器,控制 LED 灯。你会看到,树莓派玩起来实在很容易。

一、型号

树莓派是一个迷你电脑,集成在一块电路板。目前,最新的型号有两个。

(1)Raspberry Pi 3代 B 型

(2)Raspberry Pi zero (含 zero w)

虽然后者便宜,但是少了许多接口(比如只有一个 USB 口),CPU 和内存都比较低,配件也少,因此推荐购买第3代的 B 型。以下都针对这个型号,但大部分内容对 zero 也适用。

二、配件

树莓派本身只是一个主机。要运行起来,必须有配件。

(1)电源

Micro USB 接口的手机充电器,就可以充当电源,但输出必须是 5V 电压、至少 2A 电流。充电宝当电源也没问题。

(2)Micro SD 卡

树莓派不带硬盘,Micro SD 卡就是硬盘。最小容量8G,推荐使用16G和32G的卡。

(3)显示器

树莓派有 HDMI 输出,显示器必须有该接口。如果有 HDMI 转 VGA 的转接线,那么 VGA 显示器也可以。我用的是一个 7 寸的液晶监视器。

不过,显示器只在安装系统时需要,后面可以 SSH 登录,就不需要了。

(4)无线键鼠

树莓派内置蓝牙,USB 或蓝牙的无线键鼠都可以用。

就像显示器一样,如果树莓派已经装好系统,而且只当作服务器,无线键鼠也可以不配。

三、电子元件

除了配件,下面的实验还需要一些电子元件。

(1)面包板(一块)

(2)连接线(若干)

注意,连接线必须一端是公头,一端是母头。

另外,最好也备一些两端都是公头的连接线。

(3)LED 二极管(若干)

(4)270欧姆的电阻(若干)

四、安装系统

如果商家已经装好系统,可以跳过这一步,否则需要自己安装操作系统。

官方提供的操作系统是 Raspbian,这是 Debian 系统的定制版。

官方还提供一个安装器 NOOBS,建议通过它来安装 Raspbian,相对简单一点。

  • 下载 NOOBS。
  • 格式化 Micro SD 卡为 FAT 格式(操作指导)。
  • 解压NOOBS.zip到 Micro SD 卡根目录。
  • 插入 Micro SD 卡到树莓派底部的卡槽,接通电源,启动系统。
  • 正常情况下,按照屏幕上的提示,一路回车,就能装好系统。

五、SSH 登录

安装系统后,树莓派就可以上网了(Wifi 或者网线)。这时,你要看一下它的局域网 IP 地址,可以使用下面的命令。

$ sudo ifconfig

然后,从另一台电脑 SSH 登录树莓派。下面的命令是在局域网的另一台电脑上执行的。

$ ssh pi@192.168.1.5

上面代码中,192.168.1.5是我的树莓派的地址,你要换成你的地址。树莓派的默认用户是pi。

树莓派会提示你输入密码。pi的默认密码是raspberry。正常情况下,这样就可以登录树莓派了。接着,就可以进行各种服务器操作了,比如修改密码。

$ passwd

后面的实验需要将用户加入gpio用户组。

$ sudo adduser pi gpio

上面的代码表示将用户pi加入gpio用户组。

六、安装 Node

为了运行 Node 脚本,树莓派必须安装 Node,可以参考这篇文章。

$ curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_8.x | sudo -E bash -
$ sudo apt install nodejs

正常情况下,Node 8.x 版就已经安装成功了。

$ node -v
v8.1.0

七、点亮 LED

树莓派提供了一组对外的 IO 接口,称为 GPIO( 通用 IO 接口,General-purpose input/output)。

它的 40 个脚的定义如下图。

注意,左上角的第1针(3.3V)是一个方块,其他针脚都是圆的。将树莓派翻过来,背后可以看到 GPIO 有一个角是方的,通过这种方法就可以确认哪一个针眼是3.3V。

通过 GPIO ,树莓派可以与其他电子元件连接。下面根据 Jonathan Perkin 的文章,使用树莓派连接 LED 二极管。

这里需要用到面包板。本质上,面包板就是几根导线,上面开了许多可以连到导线的孔。

+极和-极是两根垂直的导线,标着1、5、10这些数字的行,每一行都是一根水平的导线。导线与导线之间互不连接,另外,面包板的左右两半也是互不连接的。

然后,按照下面的图,将树莓派、面包板、LED 灯、电阻连起来。

上图中,红色导线表示电流的正极,从 GPIO 的第1针(3.3V)连到面包板。黑色导线表示电流的负极,从 GPIO 第三排的第6针(ground)连到面包板。它们连到面包板的哪个眼并不重要,但必须保证能组成一个完整的电路(上图的箭头流向)。注意,LED 二极管也有正负极,长脚表示正极,短脚表示负极。电阻没有正负极。

连接完成后,打开树莓派的电源,LED 应该就会亮起来了。

八、LED 控制脚本

下面,我们使用 Node 脚本控制 LED。

首先,将正极的导线从1号针脚(3.3V)拔出,插到第6排的11号针脚(上图的 GPIO 17)。这个针脚的电流是脚本可以控制的。

然后,在树莓派上新建一个实验目录,并安装控制 GPIO 的 Node 模块rpio。。

$ mkdir led-demo && cd led-demo
$ npm init -y
$ npm install -S rpio

接着,新建一个脚本led-on.js。

// led-on.js
var rpio = require('rpio');

// 打开 11 号针脚(GPIO17) 作为输出
rpio.open(11, rpio.OUTPUT);

// 指定 11 号针脚输出电流(HIGH)
rpio.write(11, rpio.HIGH);

运行这个脚本,应该就会看到 LED 灯泡变亮了。

$ node led-on.js

再新建一个led-off.js脚本,只要改一行(完整代码看这里)。

// led-off.js
//...

// 指定 11 号针脚停止输出电流(LOW)
rpio.write(11, rpio.LOW);

运行这个脚本,LED 灯泡应该就会熄灭了。

$ node led-off.js

有了这两个脚本,让 LED 闪烁就轻而易举了。新建一个led-blink.js脚本。

// led-blink.js
var rpio = require('rpio');
rpio.open(11, rpio.OUTPUT);

function blink() {
  rpio.write(11, rpio.HIGH);
  setTimeout(function ledoff() {
    rpio.write(11, rpio.LOW);
  }, 50);
}

setInterval(blink, 100);

上面的脚本让 LED 每秒闪烁10次。

$ node led-blink.js

九、HTTP 服务器

通过控制 LED 可以做很多事,比如架设一个 HTTP 服务器,每当有人访问,LED 就闪烁一下。

首先,在刚才的目录里面装一个服务器模块。

$ npm install -S server

然后,新建一个脚本server.js(完整代码看这里)。

// server.js
var server = require('server');
var { get } = server.router;

// ...

server({ port: 8080 }, [
  get('/' ,  ctx => {
    console.log('a request is coming...');
    blink();
  }),
]);

console.log('server starts on 8080 port');

运行这个脚本。

$ node server.js

然后,再打开一个命令行终端,访问8080端口,LED 就会闪一下。

$ curl http://www.fanzhiyang.com:8080

好了,今天的教程就到这里。接下来,你可以自己探索,做更多的尝试,比如写一个测试用例脚本,只要测试失败 LED 就会长亮,或者组装一个8位的加法器。

(正文完)

原文链接:http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/06/raspberry-pi-tutorial.html 作者:阮一峰