Raspberry Pi - Einführung und Beispielprojekte

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Diesen Vortrag habe ich am 25.2.2014 im Rahmen der PHP Usergroup Rheinhessen bei der NIDAG/UDG in Mainz gehalten.

Der Sinn des Vortrags ist, meine Begeisterung für den Raspberry Pi zu vermitteln und interessante Projekte zum Nachmachen vorzustellen.

In einem ersten Schritt wird in die Welt des Rasperry Pi kurz eingeführt, wofür er geeignet ist (oder auch eher weniger) und dann kurz die vorhandenen Schnittstellen beschrieben. Folgend werden zwingend nötige zusätzliche Einzelteile und beispielhafte Beschaffungsquellen aufgeführt sowie optional sinnvolle Erweiterungen benannt.

Im zweiten Teil wird eine Reihe von Beispielprojekten, deren Schwierigkeitslevel und "Fun-Faktor" aufgezeigt. Hier wurde besonders darauf Wert gelegt, dass die gezeigten Möglichkeiten relativ einfach umsetzbar sind und somit eine erfolgreiche Umsetzung, auch für weniger erfahrene Interessenten, sehr wahrscheinlich ist.

Abschließend wird der Hausautomatisationsstandard Z-Wave vorgestellt und ein Integrationsprojekt mittels des Tochterboards Razberry beschrieben.

Für alle Projekte werden die entsprechenden deutschen Quellen mit ausführlichen Tutorials genannt.

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Raspberry Pi - Einführung und Beispielprojekte

  1. 1. Raspberry Pi Einführung und Beispielprojekte Von Peter Eulberg für 25.02.2014
  2. 2. 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
  3. 3. Peter Eulberg Agenda 25.02.2014 Der Raspberry Pi - Was kann er, was nicht Beispielprojekte Getting Started: Beschaffung, sinnvolle Erweiterungen Grundlagen, Schnittstellen, Bussysteme
  4. 4. Die Maschine – Grundlagen Der Raspberry Pi und seine Schnittstellen Credits: http://www.a-gc.com/cars-ferrari-motor-vehicles-71413/
  5. 5. 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
  6. 6. Peter Eulberg Schnittstellen 18.01.2013
  7. 7. 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
  8. 8. 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
  9. 9. 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
  10. 10. Grundlagen Bus-Systeme? Credits: http://www.der-werftverein.de/images/jumo205/jumo205_getriebe_2.jpg
  11. 11. 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
  12. 12. 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
  13. 13. 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
  14. 14. Getting Started – Was braucht man? Was kostet es? Woher bekommt man es? Credits: Laura Lindemann, CC, http://www.fotocommunity.de/pc/pc/display/26621622
  15. 15. 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
  16. 16. 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
  17. 17. 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
  18. 18. 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
  19. 19. 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
  20. 20. Peter Eulberg Einige Beispielprojekte Credits: CrazyDavy: http://www.fotocommunity.de/pc/pc/display/23586598
  21. 21. 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
  22. 22. 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
  23. 23. Peter Eulberg GPIO Taster & LEDs 25.02.2014
  24. 24. 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
  25. 25. 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
  26. 26. 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
  27. 27. 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
  28. 28. 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
  29. 29. 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
  30. 30. 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
  31. 31. 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
  32. 32. 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
  33. 33. 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
  34. 34. 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
  35. 35. Peter Eulberg Z-Wave Mesh Netzwerk 25.02.2014 » Routing Tabelle eines Z-Wave Mesh Netzwerks
  36. 36. 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
  37. 37. Peter Eulberg Vielen Dank! http://eulberg.info eulberg@prodyco.com
  38. 38. 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 » Use Case: Nachts im Garten die Katzen fotografieren » Use Case: Spatzen, die unter dem Dach nisten fotografieren 25.02.2014

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