Raspberry Pi

Der Raspberry Pi ist eine wahre Erfolgsgeschichte. Seit 2011 begeistert der kleine Mini-Computer Maker, Kreative und IT-Fachleute. Was Sie mit dem Pi anstellen können, zeigen Ihnen Michael Kofler, Charly Kühnast und Christoph Scherbeck. Das Handbuch ist randvoll mit Grundlagen und Kniffen zu Linux, Hardware, Elektronik und Programmierung. Genau richtig für alle, die Serverdienste hosten möchten, Bastelideen haben und direkt loslegen wollen. Vorwissen? Nicht nötig, Ihr Erfindergeist reicht völlig aus. Legen Sie gleich los und lassen Sie Ihrer Kreativität freien Lauf! Aus dem Inhalt: - Den Raspberry Pi kennenlernen: Kauf und Inbetriebnahme, Betriebssysteme, Software - Ihr Medien-Center: der Raspberry Pi mit Kodi, LibreELEC, als DLNA-Server und als NAS-Gerät (openmediavault) - Hardware-Grundlagen: Elektrotechnik-Crashkurs, Werkzeuge, Zusatzgeräte u. v. m. - Sensoren, Servo- und Schrittmotoren, LEDs, Bussysteme, Displays - Gertboard, PiFace, Raspberry-Pi-HATs, HiFiBerry-Audio-System - Programmierung: Python, bash, C, Java und PHP mit dem Raspberry Pi - Projekte: viele spannende Ideen für Einsteiger und Fortgeschrittene - Servocam, Luftraumüberwachung, Smartlight-Steuerung u. v. m. - Fingersensor, OLED-Display, ePaper-Display, Feinstaubmessgerät, Wassermelder - Smart-Home mit Home Assistant

Michael Kofler hat Telematik an der TU Graz studiert und ist einer der erfolgreichsten deutschsprachigen IT-Fachbuchautoren. Zu seinen Themengebieten zählen neben Linux auch IT-Sicherheit, Python, Swift, Java und der Raspberry Pi. Er ist Entwickler, berät Firmen und arbeitet als Lehrbeauftragter.

Vorwort ... 15 Geleitwort von Eben Upton ... 20 TEIL I. Den Raspberry Pi kennenlernen ... 21 1. Kauf und Inbetriebnahme ... 23 1.1 ... Kauf ... 23 1.2 ... Raspberry-Pi-Distributionen ... 37 1.3 ... Installation ... 39 2. Erste Schritte mit Raspberry Pi OS ... 43 2.1 ... Basiskonfiguration ... 44 2.2 ... Der PIXEL Desktop ... 51 2.3 ... Wichtige Programme ... 53 2.4 ... WLAN-Konfiguration ... 63 2.5 ... Bluetooth-Konfiguration ... 64 2.6 ... USB-Sticks und -Festplatten ... 65 2.7 ... Drucker ... 66 3. Arbeiten im Terminal ... 69 3.1 ... Erste Experimente ... 69 3.2 ... Eingabeerleichterungen und Tastenkürzel ... 75 3.3 ... Die Bourne Again Shell (bash) ... 78 3.4 ... Arbeiten mit Administratorrechten (sudo) ... 84 3.5 ... Textdateien lesen und ändern ... 87 3.6 ... Verzeichnisse und Dateien ... 92 3.7 ... Komprimierte Dateien und Archive ... 99 3.8 ... Prozessverwaltung ... 103 3.9 ... Netzwerkkommandos ... 108 4. Tipps & Tricks ... 113 4.1 ... Raspberry Pi OS Lite ... 113 4.2 ... WLAN und SSH-Server vorkonfigurieren ... 116 4.3 ... PIXEL Desktop konfigurieren ... 117 4.4 ... Screenshots erstellen ... 120 4.5 ... Mehr Farbe im Terminal ... 121 4.6 ... Overclocking ... 123 4.7 ... USB-Booting ... 127 4.8 ... SSDs mit PCIe verwenden ... 131 4.9 ... Notfall-Tipps ... 135 5. Arbeitstechniken ... 143 5.1 ... Programme installieren und verwalten ... 143 5.2 ... Updates ... 147 5.3 ... SSH ... 152 5.4 ... Remote-Desktop-Nutzung (VNC) ... 160 5.5 ... Netzwerkverzeichnisse nutzen ... 166 5.6 ... Netzwerkverzeichnisse anbieten (Samba-Server) ... 171 5.7 ... Internetzugriff auf den Raspberry Pi ... 178 5.8 ... Programme beim Systemstart ausführen ... 187 5.9 ... Programme regelmäßig ausführen (Cron) ... 188 5.10 ... Monitor ein- und ausschalten ... 191 5.11 ... Backups erstellen ... 193 6. Linux-Grundlagen ... 199 6.1 ... Benutzer und Gruppen ... 200 6.2 ... Zugriffsrechte ... 207 6.3 ... Paketverwaltung ... 214 6.4 ... Verwaltung des Dateisystems ... 216 6.5 ... Netzwerkkonfiguration ... 224 6.6 ... Bluetooth ... 229 6.7 ... Systemstart ... 231 6.8 ... Systemeinstellungen in config.txt ... 239 6.9 ... Grafiksystem ... 243 6.10 ... Kernel und Module ... 246 6.11 ... Device Trees ... 249 7. Ubuntu ... 253 7.1 ... Installation ... 253 7.2 ... Desktop-Nutzung ... 255 7.3 ... Servereinsatz ... 258 TEIL II. Der Raspberry Pi als Media-Center und Spielekonsole ... 259 8. Audioplayer mit Smartphone-Fernbedienung ... 261 8.1 ... Musik hören mit dem Raspberry Pi ... 262 8.2 ... HiFiBerry ... 263 8.3 ... MPD-Installation und -Konfiguration ... 266 8.4 ... Volumio ... 274 9. Multimedia-Center mit Kodi und LibreELEC ... 279 9.1 ... Installation und Konfiguration ... 280 9.2 ... Anwendung ... 288 10. RetroPie ... 295 10.1 ... Gehäuse und Controller ... 296 10.2 ... Installation ... 300 10.3 ... Spiele starten, speichern und laden ... 306 TEIL III. Hardware-Grundlagen ... 309 11. Hardware-Einstieg ... 311 11.1 ... Platinenaufbau ... 311 11.2 ... Der BCM2712 ... 312 11.3 ... GPIO-Kontakte ... 316 11.4 ... Stromversorgung ... 324 11.5 ... Gehäuse ... 331 12. Elektrotechnik-Crashkurs ... 335 12.1 ... Strom, Spannung und das ohmsche Gesetz ... 335 12.2 ... Grundschaltungen ... 337 12.3 ... Elektronische Grundbauteile ... 342 12.4 ... Das Multimeter ... 347 12.5 ... Breadboard oder Platine? ... 350 12.6 ... Löten ... 352 12.7 ... Breadboardadapter ... 354 13. LEDs, Motoren und Relais ... 359 13.1 ... Leuchtdioden (LEDs) ... 359 13.2 ... Optokoppler ... 377 13.3 ... Elektromotoren ... 378 13.4 ... Schrittmotoren ... 389 13.5 ... Servomotoren ... 399 13.6 ... Relais ... 406 13.7 ... Remote GPIO ... 409 14. Bussysteme ... 413 14.1 ... SPI ... 413 14.2 ... Der Analog-digital-Wandler MCP3008 ... 422 14.3 ... Der Digital-analog-Wandler MCP4811 ... 428 14.4 ... I2C ... 433 14.5 ... UART ... 441 14.6 ... Der Audio-Bus I2S ... 445 14.7 ... 1-Wire ... 446 15. Sensoren ... 449 15.1 ... PIR-Bewegungssensor ... 449 15.2 ... Ultraschallsensor ... 453 15.3 ... Wasserstandssensor ... 455 15.4 ... Bodenfeuchtigkeitssensor ... 457 15.5 ... Temperatursensoren ... 462 15.6 ... Fotowiderstand ... 466 15.7 ... Das Multi-Analogsensor-Board PCF8591 ... 468 15.8 ... Raspberry Pi Camera Boards ... 471 15.9 ... Reed-Kontakt ... 483 15.10 ... Hardware Real-Time Clock ... 485 15.11 ... IR-Empfänger ... 488 15.12 ... Fingerabdruck-Scanner ... 490 15.13 ... Leitfaden für fremde Sensoren ... 498 16. Erweiterungsboards ... 501 16.1 ... StromPi -- USV und Wide-Range-Spannungsversorgung ... 501 16.2 ... Pimoroni Zero LiPo ... 505 16.3 ... Raspberry-Pi-HATs ... 506 16.4 ... Sense HAT -- das Multitalent ... 511 16.5 ... Adafruit PWM/Servo-HAT ... 516 17. Displays ... 521 17.1 ... 7-Segment-Anzeige ... 521 17.2 ... 16x2-LC-Display ... 524 17.3 ... PiTFT -- der Touchscreen für den Raspberry Pi ... 526 17.4 ... Kfz-Rückfahrmonitore ... 530 17.5 ... Das offizielle Raspberry-Pi-Touchdisplay ... 534 17.6 ... PaPiRus -- das E-Paper-Display ... 539 TEIL IV. Programmierung ... 547 18. Python kennenlernen ... 549 18.1 ... Python ausprobieren ... 550 18.2 ... Python-Konzepte interaktiv kennenlernen ... 552 18.3 ... Eigene Scripts programmieren ... 562 19. Python-Grundlagen ... 567 19.1 ... Elementare Syntaxregeln ... 567 19.2 ... Variablen und Objekte ... 572 19.3 ... Operatoren ... 578 19.4 ... Verzweigungen (if) ... 580 19.5 ... Schleifen (for und while) ... 582 19.6 ... Zeichenketten ... 588 19.7 ... Listen ... 593 19.8 ... Umgang mit Fehlern (Exceptions) ... 597 19.9 ... Funktionen ... 602 19.10 ... Objektorientiertes Programmieren ... 612 19.11 ... Systemfunktionen ... 617 19.12 ... Externe Module installieren (pip) ... 620 20. Python-Programmierung ... 623 20.1 ... GPIO-Zugriff mit gpiozero ... 623 20.2 ... GPIO-Zugriff mit lgpio ... 631 20.3 ... GPIO-Zugriff mit rpi-lgpio ... 632 20.4 ... GPIO-Zugriff mit gpiod ... 634 20.5 ... Reset/Shutdown-Taste ... 634 20.6 ... Kamera ... 637 20.7 ... E-Mails versenden ... 642 20.8 ... Textdateien lesen und schreiben ... 646 20.9 ... Grafikprogrammierung ... 650 20.10 ... Grafische Benutzeroberflächen mit tkinter ... 657 20.11 ... matplotlib ... 669 21. bash-Programmierung ... 675 21.1 ... Einführung ... 675 21.2 ... Variablen ... 679 21.3 ... Schleifen, Bedingungen und Funktionen ... 684 21.4 ... GPIO-Steuerung per Kommando ... 695 21.5 ... GPIO-Informationen ermitteln ... 697 21.6 ... Die Kommandos »gpioget« und »gpioset« ... 700 21.7 ... Das Kommando pinctrl ... 705 22. C-Programmierung ... 707 22.1 ... Hello World ... 707 22.2 ... GPIO-Steuerung mit C ... 711 23. PHP-Programmierung ... 715 23.1 ... Apache installieren und konfigurieren ... 716 23.2 ... Webverzeichnisse einrichten und absichern ... 718 23.3 ... HTTPS ... 724 23.4 ... PHP installieren und konfigurieren ... 728 23.5 ... MariaDB installieren und administrieren ... 730 23.6 ... »Hello World« in PHP ... 735 23.7 ... GPIO-Steuerung mit PHP ... 737 23.8 ... Kamerafunktionen mit PHP nutzen ... 741 24. Mathematica und die Wolfram Language ... 745 24.1 ... Arbeiten mit Mathematica ... 746 24.2 ... Programmieren mit der Wolfram Language ... 752 24.3 ... Grafische Darstellung von Temperaturdaten ... 758 TEIL V. Projekte ... 763 25. Der Raspberry Pi im Vogelhaus ... 765 25.1 ... Einbau des Raspberry Pi samt Kameramodul in ein Vogelhaus ... 765 25.2 ... Kamerapraxis ... 768 25.3 ... Bewegungserkennung mit motion ... 771 25.4 ... Das Vogelhaus im praktischen Einsatz ... 774 26. Zeitmessung mit Lichtschranken ... 777 26.1 ... Versuchsaufbau (Hardware) ... 777 26.2 ... Programmcode ... 780 27. Das autonome Auto ... 783 27.1 ... Der Bau des Autos ... 783 27.2 ... Die Software ... 792 28. RFID-Türöffner mit Zutrittskontrolle ... 795 28.1 ... RFID-Hardware ... 796 28.2 ... Software ... 798 28.3 ... Erweiterungsmöglichkeiten und Tipps ... 804 29. Stromzähler auslesen ... 807 29.1 ... Stromzähler-Grundlagen ... 807 29.2 ... Einführung in RRDtool ... 811 29.3 ... Zählerdaten speichern und zu Graphen aufbereiten ... 816 30. Hausautomation mit Netzwerksteckdosen ... 819 30.1 ... Einführung ... 819 30.2 ... Programmierung ... 821 31. Die Schalthebel der Nacht ... 833 31.1 ... Vorbereitung ... 833 31.2 ... Der Lux-Sensor ... 834 31.3 ... IKEAs Trådfri-Beleuchtungssystem mit Linux steuern ... 837 31.4 ... Philips-Hue-Leuchten ansteuern ... 840 31.5 ... Lichtstärke messen, Leuchten steuern ... 843 32. Ort und Zeit per GPS empfangen ... 847 32.1 ... Haben Sie Zeit? Eine Uhr für den Raspberry Pi ... 847 32.2 ... Ortsbestimmung mit dem Raspberry Pi ... 855 33. Klingel-Pi -- der Türglockenverstärker ... 861 33.1 ... Geräuschsensor anschließen ... 861 33.2 ... Software ... 862 34. DLNA-Server ... 865 34.1 ... Inbetriebnahme ohne Tastatur und Monitor ... 866 34.2 ... ReadyMedia alias miniDLNA ... 869 34.3 ... Read-only-Konfiguration ... 871 35. Pi-hole (Ad-Blocker) ... 873 35.1 ... Installation ... 874 35.2 ... Client-Konfiguration ... 877 35.3 ... Weboberfläche ... 878 36. WLAN-Router ... 881 36.1 ... Basiskonfiguration ... 881 36.2 ... Routerkonfiguration mit »nmcli« ... 882 36.3 ... RaspAP ... 886 37. NAS mit openmediavault ... 891 37.1 ... Voraussetzungen ... 893 37.2 ... Installation ... 895 37.3 ... Konfiguration ... 895 38. Home Assistant ... 903 38.1 ... Installation ... 904 38.2 ... Setup des eigenen Smart Homes ... 905 38.3 ... Terminal, SSH und Backups ... 916 39. Luftraumüberwachung ... 919 39.1 ... Technischer Hintergrund und Hardware ... 919 39.2 ... Software ... 921 40. Die Servokamera ... 925 40.1 ... Die Hardware ... 926 40.2 ... Die Python-Software ... 926 40.3 ... Die Streaming-Software ... 929 40.4 ... Die Weboberfläche ... 930 41. PomodoPi ... 935 41.1 ... Der Bodenfeuchtigkeitssensor ... 935 41.2 ... Die Blumenampel ... 943 41.3 ... Die automatische Bewässerung ... 945 41.4 ... Photosynthese sichtbar machen ... 950 42. Wassermelder mit Handyalarm ... 953 42.1 ... Hardware ... 953 42.2 ... Push-Benachrichtigungen mit Pushover ... 955 42.3 ... IFTTT ... 958 43. Dicke Luft -- Feinstaubmessung und Innenluftqualität ... 961 43.1 ... Was ist Feinstaub? ... 961 43.2 ... Welcher Sensor kann PM10 und PM2.5 messen und wie funktioniert das? ... 962 43.3 ... Anschauliche Grafiken im Web ... 966 43.4 ... Luftqualitätssensor für den Innenraum ... 970 44. PXE-Boot: Ohne Speicherkarte vom NAS booten ... 973 44.1 ... Das NAS-System vorbereiten ... 973 44.2 ... Den Raspberry Pi und sein Betriebssystem vorbereiten ... 977 TEIL VI. Raspberry Pi Pico ... 985 45. Die Hardware ... 987 45.1 ... Der Microcontroller RP2040 ... 988 45.2 ... Platinenaufbau ... 989 46. MicroPython-Programmierung ... 995 46.1 ... Hello MicroPython! ... 995 46.2 ... Programmiertechniken ... 1002 46.3 ... Pico-Webserver ... 1012 47. CO2-Ampel ... 1019 47.1 ... Hardware ... 1019 47.2 ... Software ... 1022
48. Ultraschall-Entfernungsmessung ... 1025 48.1 ... Ultraschallsensor anschließen und auswerten ... 1025 48.2 ... Ultraschallampel ... 1028 Index ... 1031