樹莓派實用與程式碼範例

– 9 分鐘閱讀

隨著 Raspberry Pi 4 推出，其 4GB 記憶體使其足以取代部分桌面電腦功能，加上豐富的開源軟體支援，應用範圍更加廣泛。本文除了涵蓋 Raspberry Pi 的軟硬體應用，更著重於 Python 程式碼範例，並提供線上程式碼函式庫。從作業系統設定、硬體控制到 Python 程式開發，本文提供循序漸進的教學，並針對不同學習目標的讀者提供學習路徑建議，無論是初學者或是想深入研究特定應用的使用者，都能從本文獲得實用的知識和技巧。

Raspberry Pi 4 的強大功能

Raspberry Pi 4 配備了 4 GB 的記憶體，讓它變得強大到足以取代桌面電腦。開源軟體的可用性，例如網頁瀏覽器、電子郵件、辦公套件和照片編輯軟體，將使 Raspberry Pi 更加受歡迎。即使是最新的 Raspberry Pi 4，也保留了通用輸入/輸出（GPIO）引腳，允許愛好者新增自己的電子裝置。

更新和新增內容

本文已經全面更新，以涵蓋新的 Raspberry Pi 模型，以及其 Raspbian 作業系統的變化和改進。新增了關於聲音和家庭自動化的章節。本文的設計允許您線性閱讀，就像一般書籍一樣，也可以隨機存取食譜。您可以搜尋目錄或索引以找到所需的食譜，並直接跳轉到它。如果食譜需要您瞭解其他東西，它將參照其他食譜。

Raspberry Pi 的快速發展

Raspberry Pi 的世界正在快速發展，具有龐大且活躍的社群，不斷開發新的介面板和軟體函式庫。除了使用特定介面板或軟體的範例外，本文還涵蓋了基本原理，以便您更好地理解如何使用新技術。

附帶程式碼

本文附帶大量程式碼（主要是 Python 程式），全部都是開源且可在 GitHub 上取得。對於大多數軟體基礎的食譜，您只需要一個 Raspberry Pi 即可。我建議使用 Raspberry Pi 3 或 4 Model B。在涉及製作硬體以與 Raspberry Pi 介面的食譜中，我盡量使用現成模組以及無需焊接的麵包板和跳線，以避免焊接的需要。

使用本文

本文的料理書風格意味著它不是一本必須從前到後按順序閱讀的書籍。本文由個別食譜組成，分組成章節。當一個食譜需要您具有某些其他主題的先前知識時，該食譜將引導您到另一篇食譜以瞭解該主題。

讀者路徑

我已經規劃了一些透過本文的路徑，對於不同型別的讀者可能會很有用：

  • 完全的 Raspberry Pi 初學者：請閱讀第 1、2 和 3 章的大部分內容，特別是從食譜 1.1、1.2、1.4 和 1.6 開始。
  • Python 學習者：如果您想使用 Raspberry Pi 學習 Python 程式設計，請按照第 4 到 7 章進行。
  • 電子愛好者：如果您沒有相關技能，請先學習 Python，然後再進行電子相關的實驗。

本文的排版慣例

本文使用以下排版慣例：

  • 粗體 文字表示命令或程式碼片段。
  • 斜體 文字表示檔案名稱、目錄或其他需要強調的內容。
  • 等寬字 文字表示程式碼或命令。

內容解密：

以上內容簡要介紹了 Raspberry Pi 4 的強大功能、更新和新增內容、Raspberry Pi 的快速發展以及本文的附帶程式碼和使用方法。同時，也提供了讀者路徑和本文的排版慣例，以便讀者更好地理解和使用本文。

程式碼與內容風格

在撰寫程式碼和內容時，需要注意一些風格，以確保內容清晰、易於理解和美觀。

程式碼風格

  • 字型: 使用 Constant width 字型來表示程式碼，例如：print("Hello World")
  • 粗體: 使用 Constant width bold 字型來表示需要使用者輸入的命令或文字，例如：git init
  • 斜體: 使用 Constant width italic 字型來表示需要使用者替換的變數或文字，例如：your_username

內容風格

  • 新詞彙: 使用 Italic 字型來表示新詞彙、URL、電子郵件地址、檔案名稱和檔案副檔名。
  • 提示: 使用 TIP 標籤來表示提示或建議。
  • 警告: 使用 WARNING 標籤來表示警告或注意事項。
  • 注意: 使用 NOTE 標籤來表示相關的影片或額外資訊。

程式碼範例

程式碼範例應該清楚地標示出哪些部分需要使用者輸入或替換。例如：

# 安裝 Git
**`git init`**

# 設定 Git 使用者名稱
git config --global user.name _`your_username`_

關於使用程式碼範例

您可以在您的程式中使用本文提供的程式碼範例，但需要注意以下事項：

  • 如果您只使用少量程式碼，則無需取得許可。
  • 如果您要將大量程式碼用於商業目的，則需要取得許可。
  • 如果您要將程式碼用於您的產品檔案中，則需要取得許可。

關於版權和歸屬

如果您使用了本文的程式碼範例，請考慮在您的作品中新增歸屬宣告，例如： “Raspberry Pi Cookbook, Third Edition, by 玄貓(O’Reilly). Copyright 2020 Simon Monk, 978-1-492-04322-5.”

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選擇合適的樹莓派模型

當您購買一款樹莓派（Raspberry Pi）時，您基本上是在買一個已經組裝好的印刷電路板，它甚至不包含電源供應器或作業系統。因此，設定和管理您的樹莓派是一個非常重要的步驟。

在本章中，我們將關注如何設定和準備您的樹莓派，以便您可以順暢地使用它。由於樹莓派使用標準的USB鍵盤和滑鼠，大部分的設定過程都相當直接。然而，我們將著重於那些特定於樹莓派的任務。

選擇合適的樹莓派模型

問題：有許多種類別的樹莓派，您不知道該選擇哪一個。

解決方案：選擇哪個樹莓派模型取決於您計劃如何使用它。以下是根據不同的用途推薦的樹莓派模型：

用途推薦模型
基礎學習和簡單專案Raspberry Pi 4 Model B
高效能運算和多媒體Raspberry Pi 400
物聯網和嵌入式系統Raspberry Pi Zero
機器人和自動化Raspberry Pi 4 Model B

內容解密：

在選擇樹莓派模型時，需要考慮幾個因素，包括效能、記憶體、儲存和連線性。例如，如果您需要高效能的計算和多媒體處理，Raspberry Pi 400可能是一個好的選擇。然而，如果您需要一個小型、低功耗的裝置用於物聯網或嵌入式系統，Raspberry Pi Zero可能更適合。

  flowchart TD
    A[選擇用途] --> B[基礎學習和簡單專案]
    B --> C[Raspberry Pi 4 Model B]
    A --> D[高效能運算和多媒體]
    D --> E[Raspberry Pi 400]
    A --> F[物聯網和嵌入式系統]
    F --> G[Raspberry Pi Zero]
    A --> H[機器人和自動化]
    H --> I[Raspberry Pi 4 Model B]

圖表翻譯：

上述流程圖展示瞭如何根據不同的用途選擇合適的樹莓派模型。首先，需要確定您的用途，然後根據用途選擇相應的樹莓派模型。例如，如果您需要基礎學習和簡單專案，Raspberry Pi 4 Model B是一個好的選擇。如果您需要高效能運算和多媒體，Raspberry Pi 400可能更適合。

選擇合適的單板電腦

在選擇單板電腦時，需要考慮其用途和需求。例如，如果您想要使用單板電腦作為桌面電腦的替代品，則需要一個具有足夠記憶體和效能的版本。

桌面電腦替代品

如果您想要使用單板電腦作為桌面電腦的替代品，則 Raspberry Pi 4 Model B (4 GB) 是一個不錯的選擇。這個版本具有 4 GB 的記憶體，足以滿足基本的網頁瀏覽和辦公工作。

電子實驗

如果您想要使用單板電腦進行電子實驗，則 Raspberry Pi 2 或 3 Model B 是一個合適的選擇。這些版本的硬體已經相對成熟，能夠滿足基本的電子實驗需求。另外，較新的硬體也能夠提供更好的效能和更少的軟體問題。

硬體需求

在選擇單板電腦時，需要考慮其硬體需求。例如，如果您想要進行網頁瀏覽，則需要一個具有足夠記憶體的版本。另外，較新的硬體也能夠提供更好的效能和更少的軟體問題。

  flowchart TD
    A[選擇單板電腦] --> B[桌面電腦替代品]
    B --> C[Raspberry Pi 4 Model B (4 GB)]
    A --> D[電子實驗]
    D --> E[Raspberry Pi 2 或 3 Model B]

內容解密：

上述流程圖展示了選擇單板電腦的流程。首先，需要選擇單板電腦的用途。如果是作為桌面電腦的替代品，則需要一個具有足夠記憶體的版本，如 Raspberry Pi 4 Model B (4 GB)。如果是進行電子實驗，則可以選擇 Raspberry Pi 2 或 3 Model B。

  flowchart TD
    A[硬體需求] --> B[記憶體]
    B --> C[4 GB]
    A --> D[效能]
    D --> E[較新的硬體]

圖表翻譯：

上述流程圖展示了硬體需求的流程。首先，需要考慮記憶體的需求。如果是進行網頁瀏覽，則需要一個具有足夠記憶體的版本，如 4 GB。另外，較新的硬體也能夠提供更好的效能和更少的軟體問題。

選擇合適的Raspberry Pi型號

選擇合適的Raspberry Pi型號對於您的專案至關重要。不同的型號具有不同的特點和效能，以下是幾個常見的選擇：

  • Raspberry Pi 4 Model B (4GB)：如果您需要最大化效能，Raspberry Pi 4 Model B (4GB) 是一個不錯的選擇。它具有四核處理器和 4GB 的記憶體，能夠處理大多數任務。
  • Raspberry Pi 2 或 3 Model B：如果您需要低功耗和足夠的效能，Raspberry Pi 2 或 3 Model B 是一個不錯的選擇。它們具有低功耗和足夠的效能，能夠處理大多數任務。
  • Raspberry Pi 3 或 4：如果您需要影片效能，Raspberry Pi 3 或 4 是一個不錯的選擇。它們具有強大的影片處理能力，能夠播放高品質的影片。
  • 電子顯示板：如果您需要一個具有 WiFi 的板子，任何具有 WiFi 的模型都是一個不錯的選擇。這樣您就可以遠端存取您的專案。
  • 嵌入式電子專案：如果您需要一個低成本和具有 WiFi 的板子，Raspberry Pi Zero W 是一個不錯的選擇。它具有低成本和 WiFi 能力，能夠遠端存取您的專案。

Raspberry Pi 4 Model B

Raspberry Pi 4 Model B 是最新的型號，具有多個改進。它具有四核處理器和 1GB、2GB 或 4GB 的記憶體，能夠處理大多數任務。它還具有 USB-C 聯結器和兩個 micro-HDMI 聯結器，能夠連線兩個監視器。

優點

  • 更快的處理器：Raspberry Pi 4 Model B 的處理器比以前的型號更快，能夠處理大多數任務。
  • 更多的記憶體：Raspberry Pi 4 Model B 具有更多的記憶體，能夠執行更多的應用程式。
  • USB-C 聯結器：Raspberry Pi 4 Model B 具有 USB-C 聯結器，能夠連線更多的裝置。
  • 兩個 micro-HDMI 聯結器：Raspberry Pi 4 Model B 具有兩個 micro-HDMI 聯結器，能夠連線兩個監視器。

缺點

  • 更貴：Raspberry Pi 4 Model B 比以前的型號更貴。
  • 更熱：Raspberry Pi 4 Model B 的處理器比以前的型號更熱，需要更好的散熱。

Raspberry Pi 3 Model A+

Raspberry Pi 3 Model A+ 是一個較為便宜的型號，具有較少的功能。它具有四核處理器和 512MB 的記憶體，能夠處理大多數任務。它還具有 WiFi 和 Bluetooth 能力，能夠遠端存取您的專案。

優點

  • 較為便宜：Raspberry Pi 3 Model A+ 比 Raspberry Pi 4 Model B 較為便宜。
  • WiFi 和 Bluetooth 能力：Raspberry Pi 3 Model A+ 具有 WiFi 和 Bluetooth 能力，能夠遠端存取您的專案。

缺點

  • 較少的記憶體：Raspberry Pi 3 Model A+ 具有較少的記憶體，可能無法執行一些應用程式。
  • 較少的 USB 埠：Raspberry Pi 3 Model A+ 具有較少的 USB 埠，可能無法連線一些裝置。

從商業價值與使用者經驗的雙重角度來看，Raspberry Pi 4 的多功能性使其成為一個極具吸引力的平臺。效能提升、GPIO 保留以及豐富的開源軟體生態，使其足以滿足從桌面應用到嵌入式系統開發的廣泛需求。然而，快速發展的技術也意味著使用者需要持續學習新知識與技能，才能充分發揮其潛力。玄貓認為，Raspberry Pi 未來將持續在創客社群和教育領域扮演重要角色，同時其在物聯網邊緣運算的應用也值得關注。對於想要入門的使用者，建議從官方檔案和社群資源著手，逐步探索 Raspberry Pi 的無限可能。

玄貓

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。