Raspberry Pi 基礎知識與應用

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Raspberry Pi 作為低成本、高效能的單板電腦，已成為嵌入式系統開發和學習的熱門平臺。其豐富的 GPIO 介面和軟體支援，讓使用者能輕鬆連線各種感測器、致動器，實作多元應用。從基礎的作業系統安裝到網路設定、命令列操作，本文逐步引導讀者掌握 Raspberry Pi 的開發技巧。此外，文章也涵蓋了 Python 程式設計、OpenCV 影像處理、MQTT 通訊等進階主題，並提供相關應用案例，協助讀者將 Raspberry Pi 應用於物聯網、機器人控制等實際專案。

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MOSFET

  • 使用 MOSFET 進行電壓控制

Mosquitto

  • 使用 Mosquitto 進行 MQTT 通訊

動作偵測

  • 使用電腦視覺進行動作偵測
  • 使用數位輸入進行動作偵測

馬達控制

  • 控制 DC 馬達方向
  • 控制 DC 馬達速度
  • 控制伺服馬達位置
  • 控制步進馬達

###滑鼠控制

*攔截滑鼠移動

MQTT 通訊協定

  • MQTT 基礎知識
  • 使用 Mosquitto 進行 MQTT 通訊
  • 使用 Node-RED 進行 MQTT 通訊
  • 使用 Sonoff WiFi 智慧開關進行 MQTT 通訊

Mu 編輯器

  • 使用 Mu 編輯器編寫 Python 程式碼

mv 命令

  • 使用 mv 命令重新命名檔案或目錄

網路設定

  • 連線有線網路
  • 連線無線網路
  • 設定靜態 IP 地址
  • 設定網路名稱
  • 使用 Raspberry Pi 進行網路附加儲存（NAS）

Node-RED

  • Node-RED 基礎知識
  • 使用 Node-RED 進行簡單 IoT 工作流程
  • 使用 Node-RED 進行排程事件
  • 使用 Node-RED 進行 MQTT 通訊

NOOBS

  • 安裝 NOOBS
  • 使用 NOOBS 組態 microSD 卡

通知

  • 使用 IFTTT 進行通知傳送

數字格式化

  • 格式化數字（Python）

OLED 顯示屏

  • 使用 OLED 顯示屏進行圖形顯示

OMXPlayer 軟體

  • 使用 OMXPlayer 進行多媒體播放

OpenCV

  • OpenCV 基礎知識

作業系統

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  • 執行任務使用超級使用者許可權
  • 管道
  • 導向命令列輸出到檔案
  • 移除使用 apt-get 安裝的軟體
  • 重新命名檔案或目錄
  • 執行程式或指令碼自動作為服務
  • 執行程式或指令碼自動在固定間隔時間內
  • 執行程式或指令碼自動在啟動時
  • 執行程式在背景中
  • 選擇作業系統
  • 設定日期和時間
  • 軟體安裝使用 apt-get
  • 啟動 Terminal 會話
  • 解壓縮檔案
  • 更新作業系統

光學字元識別（OCR）

  • 使用光學字元識別（OCR）進行文字識別

光電元件

  • 光電元件來源：Opto-Electronics

光電隔離器

  • 使用光電隔離器進行訊號隔離

有機發光二極體（OLED）顯示屏

  • 使用有機發光二極體（OLED）顯示屏進行圖形顯示

方向感應

  • 使用方向感應模組進行方向感應

超頻設定

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Raspberry Pi 的基礎知識和應用

Raspberry Pi 是一系列的小型、低成本、開源的單板電腦，廣泛應用於各種領域，包括教育、研究、開發和產業。以下是對 Raspberry Pi 的基礎知識和應用進行的詳細介紹。

Raspberry Pi 的硬體和軟體

Raspberry Pi 的硬體包括 CPU、記憶體、儲存裝置和各種介面。軟體方面，Raspberry Pi 支援多種作業系統，包括 Raspbian、Ubuntu、Windows 10 IoT 等。其中，Raspbian 是官方推薦的作業系統。

Raspberry Pi 的應用

Raspberry Pi 的應用非常廣泛，包括：

  • 教育: Raspberry Pi 可以用於教學和學習，特別是在電腦科學和電子工程領域。
  • 研究: Raspberry Pi 可以用於各種研究領域，例如機器人、物聯網、人工智慧等。
  • 開發: Raspberry Pi 可以用於開發各種應用，例如家居自動化、工業控制、醫療裝置等。
  • 產業: Raspberry Pi 可以用於各種產業，例如製造、能源、交通等。

Raspberry Pi 的優點

Raspberry Pi 有以下優點：

  • 低成本: Raspberry Pi 的成本非常低，適合於個人和小型企業使用。
  • 開源: Raspberry Pi 是開源的，使用者可以自由地修改和擴充套件其功能。
  • 小型: Raspberry Pi 的尺寸非常小，適合於嵌入式系統和移動裝置。
  • 低功耗: Raspberry Pi 的功耗非常低，適合於電池供電和節能應用。

Raspberry Pi 的模型

Raspberry Pi 有以下幾種模型：

  • Raspberry Pi 3 Model B: 這是最流行的模型，具有 1.2 GHz 的四核 CPU 和 1 GB 的記憶體。
  • Raspberry Pi 4 Model B: 這是最新的模型，具有 1.5 GHz 的四核 CPU 和 2 GB、4 GB 或 8 GB 的記憶體。
  • Raspberry Pi Zero: 這是最小的模型，具有 1 GHz 的單核 CPU 和 512 MB 的記憶體。

Raspberry Pi 的 GPIO 介面

Raspberry Pi 的 GPIO 介面可以用於連線各種外部裝置，例如按鈕、LED、感測器等。GPIO 介面具有以下優點：

  • 靈活性: GPIO 介面可以用於連線各種外部裝置。
  • 擴充套件性: GPIO 介面可以用於擴充套件 Raspberry Pi 的功能。

Raspberry Pi 的應使用案例項

以下是一些 Raspberry Pi 的應使用案例項：

  • 智慧家居: 使用 Raspberry Pi 和各種感測器建立智慧家居系統。
  • 機器人: 使用 Raspberry Pi 和各種感測器建立機器人系統。
  • 物聯網: 使用 Raspberry Pi 和各種感測器建立物聯網系統。
圖表翻譯：
  graph LR
    A[Raspberry Pi] -->|硬體|> B[CPU]
    A -->|軟體|> C[作業系統]
    B -->|應用|> D[教育]
    B -->|應用|> E[研究]
    C -->|應用|> F[開發]
    C -->|應用|> G[產業]
    D -->|優點|> H[低成本]
    E -->|優點|> I[開源]
    F -->|優點|> J[小型]
    G -->|優點|> K[低功耗]

這個圖表展示了 Raspberry Pi 的硬體和軟體，以及其在各種領域的應用和優點。

Raspberry Pi 的 Pinout 和應用

Raspberry Pi 是一系列的小型、低成本、開源的單板電腦，廣泛應用於各種電子專案中。瞭解 Raspberry Pi 的 pinout 是使用這些板子的基礎。

Raspberry Pi 4/3/2 Model B, B+, A+, Zero 的 Pinout

Raspberry Pi 4/3/2 Model B, B+, A+ 和 Zero 都有 40 個 GPIO 引腳，包括數字引腳、模擬引腳和通訊介面。這些引腳可以用於連線各種外部裝置，如按鈕、LED、感測器和執行器。

Raspberry Pi Camera Module

Raspberry Pi Camera Module 是一款小型的攝像頭模組，可以連線到 Raspberry Pi 的相機介面。它可以用於各種視覺應用，如物體識別、人臉識別和影片監控。

Raspberry Pi Configuration Tool

Raspberry Pi Configuration Tool 是一款用於設定 Raspberry Pi 的工具。它可以用於設定網路名稱、啟用或停用各種功能，如 Wi-Fi 和 Bluetooth。

Raspberry Pi Model B Rev. 1 和 Rev. 2 的 Pinout

Raspberry Pi Model B Rev. 1 和 Rev. 2 的 pinout 與其他版本的 Raspberry Pi 不同。Rev. 1 有 26 個 GPIO 引腳，而 Rev. 2 有 40 個 GPIO 引腳。

Raspberry Squid Button 和 RGB LED

Raspberry Squid Button 和 RGB LED 是兩款用於 Raspberry Pi 的外部裝置。Button 可以用於觸發各種事件，而 RGB LED 可以用於顯示各種顏色。

Raspbian

Raspbian 是一款根據 Debian 的 Linux 發行版，專門為 Raspberry Pi 設計。它可以用於各種應用，如網頁瀏覽、辦公和程式設計。

RasPiRobot Board

RasPiRobot Board 是一款用於 Raspberry Pi 的機器人控制板。它可以用於控制各種機器人元件，如馬達和感測器。

Real-Time Clock (RTC) Module

Real-Time Clock (RTC) Module 是一款用於保持時間的模組。它可以用於各種應用，如計時和定時任務。

Regular Expressions (Regex)

Regular Expressions (Regex) 是一種用於匹配字串的模式語言。它可以用於各種應用，如資料驗證和網頁抓取。

從技術架構視角來看，Raspberry Pi 的多元應用建構於其靈活的 GPIO、豐富的軟體支援以及活躍的社群生態之上。分析其軟硬體架構，可以發現從基礎的作業系統操作、網路設定到高階的電腦視覺、MQTT 通訊，Raspberry Pi 都提供了相對低門檻的解決方案。然而，受限於其處理能力和記憶體容量，在處理複雜任務，例如高解析度影像處理或大型資料函式庫運算時，效能瓶頸仍是挑戰。對於追求高效能的應用場景，則需考量更強大的運算平臺。展望未來，隨著單板電腦效能的提升和邊緣運算的興起，預期 Raspberry Pi 將在物聯網、邊緣AI等領域扮演更關鍵的角色。對於開發者而言，掌握其底層硬體控制、軟體整合以及網路通訊等核心技術，將能更好地發揮 Raspberry Pi 的潛力，創造更多創新應用。玄貓認為，Raspberry Pi 作為學習和原型開發的工具，其價值已無庸置疑，持續關注其生態發展和新興應用，將有助於掌握未來科技趨勢。

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。