Raspberry Pi 與 Jetson Nano 開發板設定與應用

Raspberry Pi 和 Jetson Nano 作為兩種主流單板電腦，廣泛應用於物聯網和邊緣運算等領域。本文將深入探討 Raspberry Pi 與 Jetson Nano 的硬體配置、作業系統安裝流程、GPIO 與 PWM 控制方法，以及如何連線 OLED 顯示器。同時，我們將提供 Python 程式碼範例，並輔以流程圖和技術說明，幫助開發者快速上手。

對於 Jetson Nano，我們會著重介紹其硬體規格、供電方式和配置步驟，包含 MicroSD 卡的燒錄流程。同時，也會探討無線網路卡的安裝方法，以實作更靈活的網路連線。針對 Raspberry Pi，本文將詳細說明 GPIO 引腳的定義與使用方法，並提供 LED 控制的 Python 程式碼範例，讓讀者瞭解如何使用 RPi.GPIO 函式庫控制硬體。此外，我們還會介紹 PWM 的基本概念與實作方式，並提供調整 Duty Cycle 的程式碼範例，以實作更精細的硬體控制。最後，我們將探討 OLED 顯示器與 Raspberry Pi 的介面方法，讓開發者能夠在專案中使用 OLED 顯示器呈現資訊。

Jetson Nano開發板

Jetson Nano開發板是一款攜帶板，具有260-pin SODIMM聯結器，用於插入Jetson Nano模組。開發板上有多個介面，包括MIPI-CSI相機插槽、千兆乙太網埠、四個USB 3.0插槽、microSD卡插槽、HDMI和顯示埠、以及Power-over-Ethernet（PoE）。40-pin介面提供GPIO、I2C、I2S、SPI、PWM和UART功能。

Jetson Nano開發板的規格

以下是Jetson Nano開發板的規格：

ARM Cortex-A57四核處理器
128個CUDA核心的GPU，根據NVIDIA Maxwell架構
4 GB 64位LPDDR4，1600 MHz，25.6 GB/s
16 GB eMMC 5.1
12條MIPI-CSI-2 D-PHY 1.1
千兆乙太網
eDP 1.4和HDMI 2.0
M.2 Key E擴充套件槽，用於Wi-Fi
介面選項：GPIO、I2C、I2S、SPI、UART
microSD儲存

Jetson Nano的供電

Jetson Nano可以透過5V DC電源供電，必須大於4.75V以避免電源不足。開發板上有一個DC桿介面，可以用來供應5V輸入，必須具有大於4A的電流評級。在使用DC桿介面之前，必須在J48介面上放置一個跳線，以提供供應電壓。

Jetson Nano的配置

要配置Jetson Nano開發板，需要將作業系統映像燒錄到microSD卡上。燒錄過程需要一個具有至少32 GB儲存容量的microSD卡（UHS-1類別），建議使用64 GB或以上容量的卡，以便於機器學習應用。另外，需要一個micro USB電源供應（5V DC，3A）、鍵盤、滑鼠和HDMI顯示器。

燒錄作業系統映像

可以從NVIDIA官網下載Jetson Nano開發板的作業系統映像。燒錄過程需要一個具有內建SD卡讀取器或外部SD卡介面卡的PC。下載的映像需要至少6 GB的空間。燒錄過程的步驟會根據作業系統的不同而有所不同。以下是Windows機器上的步驟：

  flowchart TD
    A[下載映像] --> B[格式化microSD卡]
    B --> C[燒錄映像]
    C --> D[配置Jetson Nano開發板]

圖表翻譯：

此圖示為Jetson Nano開發板的配置過程，包括下載映像、格式化microSD卡、燒錄映像和配置開發板。每一步驟都需要仔細完成，以確保開發板的正常執行。

import os

# 下載映像
def download_image():
    # 下載Jetson Nano開發板的作業系統映像
    image_url = "https://example.com/jetson-nano-image"
    os.system(f"wget {image_url}")

# 格式化microSD卡
def format_sd_card():
    # 格式化microSD卡
    sd_card_path = "/dev/mmcblk0"
    os.system(f"mkfs.ext4 {sd_card_path}")

# 燒錄映像
def burn_image():
    # 燒錄映像到microSD卡
    image_path = "path/to/image"
    sd_card_path = "/dev/mmcblk0"
    os.system(f"dd if={image_path} of={sd_card_path} bs=4M")

# 配置Jetson Nano開發板
def configure_board():
    # 配置Jetson Nano開發板
    # ...

內容解密：

以上程式碼示範了Jetson Nano開發板的配置過程，包括下載映像、格式化microSD卡、燒錄映像和配置開發板。每一步驟都需要仔細完成，以確保開發板的正常執行。

Jetson Nano 設定與無線網路卡安裝

MicroSD 卡格式化

為了開始使用 Jetson Nano，首先需要格式化 MicroSD 卡。這可以使用 SD 卡格式化工具來完成。下載並安裝此工具後，選擇與 MicroSD 卡相關的磁碟機，然後選擇快速格式化選項，留空卷標欄位。最後，點選「格式化」按鈕開始格式化過程。

Jetson Nano 板特性

Jetson Nano 板是一款強大的單板電腦，具有多種功能和特性。它需要一個 MicroSD 卡來安裝作業系統。

作業系統映像燒錄

使用 BalenaEtcher 軟體可以將作業系統映像燒錄到 MicroSD 卡上。下載並安裝 BalenaEtcher 後，按照與 Raspberry Pi 相同的步驟進行燒錄。燒錄前，請確保已經下載了適合 Jetson Nano 的作業系統映像。

Jetson Nano 首次啟動

將 MicroSD 卡插入 Jetson Nano 板的卡槽，然後透過 micro USB 聯結器或桶式電源插座為其供電。接著，透過 HDMI 連線顯示器，然後連線 USB 滑鼠和鍵盤。Jetson Nano 板將首次啟動，顯示一些初始設定螢幕，包括 NVIDIA Jetson 軟體終端使用者授權協議、語言、時區和鍵盤佈局選擇等。

使用者名稱和密碼設定

在首次啟動過程中，系統會要求輸入電腦名稱、使用者名稱和密碼。這些資訊將用於日後登入系統。

桌面環境

首次啟動完成後，Jetson Nano 將顯示桌面環境，包括所有鍵盤快捷鍵。

網路介面卡（NIC）安裝

為了實作 IoT 裝置與 Jetson Nano 之間的無線通訊，需要安裝網路介面卡（NIC）。Jetson Nano 板沒有內建的 Wi-Fi 和藍牙連線功能，因此需要使用 M.2 Key E 擴充槽新增 NIC。這裡使用的 Intel Dual Band Wireless AC 8265 NIC 支援 802.11ac Wi-Fi 雙頻，速度最高可達 867 Mbps，並具有藍牙 4.2 連線功能。

Intel 8265 AC NIC 規格

NIC 晶片：Intel 8265AC
協議：802.11ac
作業頻段：2.4/5 GHz
最大速度：300 Mbps/867 Mbps
藍牙版本：4.2
介面：M.2 Key E
天線聯結器：IPEX 聯結器
重量：50 克
模組尺寸：22 mm × 30 mm × 2.4 mm

安裝步驟

下載並安裝 BalenaEtcher。
選擇 Jetson Nano 的作業系統映像。
燒錄映像到 MicroSD 卡。
安裝 Intel 8265 AC NIC 到 Jetson Nano 板的 M.2 Key E 擴充槽。
連線天線和其他必要的硬體。

完成以上步驟後，Jetson Nano 就可以使用無線網路進行通訊了。

Raspberry Pi 和 Jetson Nano 的設定和應用

Raspberry Pi 和 Jetson Nano 是兩種流行的單板電腦，廣泛應用於物聯網（IoT）和機器學習（ML）領域。這篇文章將介紹如何設定和應用這兩種單板電腦，特別是 Raspberry Pi 和 Jetson Nano。

Raspberry Pi 的設定

Raspberry Pi 是一種低成本、迷你化的電腦，廣泛應用於教育和開發領域。要設定 Raspberry Pi，需要進行以下步驟：

安裝作業系統：Raspberry Pi 支援多種作業系統，包括 Raspbian、Ubuntu 和 Windows 10 IoT。這裡我們使用 Raspbian 作為示例。
設定網路：Raspberry Pi 可以透過 WiFi 或乙太網線連線到網路。這裡我們使用 WiFi 連線。
啟動 Raspberry Pi：插入電源，Raspberry Pi 會自動啟動。

Jetson Nano 的設定

Jetson Nano 是一種高效能的單板電腦，廣泛應用於機器學習和物聯網領域。要設定 Jetson Nano，需要進行以下步驟：

安裝作業系統：Jetson Nano 支援多種作業系統，包括 Ubuntu 和 Windows 10 IoT。這裡我們使用 Ubuntu 作為示例。
設定網路：Jetson Nano 可以透過 WiFi 或乙太網線連線到網路。這裡我們使用 WiFi 連線。
啟動 Jetson Nano：插入電源，Jetson Nano 會自動啟動。

Raspberry Pi 的應用

Raspberry Pi 可以應用於多種領域，包括：

LED 燈控制：Raspberry Pi 可以控制 LED 燈的亮度和顏色。
相機控制：Raspberry Pi 可以控制相機的拍照和錄影。
機器人控制：Raspberry Pi 可以控制機器人的運動和感知。
物聯網應用：Raspberry Pi 可以應用於物聯網領域，例如智慧家居和工業自動化。

Jetson Nano 的應用

Jetson Nano 可以應用於多種領域，包括：

機器學習：Jetson Nano 可以應用於機器學習領域，例如影像識別和語音識別。
物聯網應用：Jetson Nano 可以應用於物聯網領域，例如智慧家居和工業自動化。
機器人控制：Jetson Nano 可以控制機器人的運動和感知。
自動駕駛：Jetson Nano 可以應用於自動駕駛領域，例如無人車和無人機。

Raspberry Pi 3 Model B+ 的 GPIO 引腳編號

Raspberry Pi 3 Model B+ 提供了多種方式來定義 GPIO 引腳的編號，主要分為 Physical 和 BCM 兩種。在 BCM 編號系統中，引腳編號是根據 Broadcom SoC（系統單晶片）上的編號；而在 Physical 編號系統中，引腳編號則是根據 40 針 P1 接頭上的物理位置。

安裝 RPi.GPIO Python 庫

要存取 GPIO 引腳，需要使用 RPi.GPIO Python 庫。安裝這個庫有兩種方法：

方法 1：從儲存庫安裝

開啟 Raspberry Pi 的終端機，更新可用的套件版本：

sudo apt-get update

如果套件已經存在，則不需要安裝；否則，可以使用 apt-get 安裝：

sudo apt-get install python3-rpi.gpio

方法 2：手動安裝

下載 RPi.GPIO 庫：

wget https://pypi.python.org/packages/source/R/RPi.GPIO/RPi.GPIO-0.6.3.tar.gz

解壓縮下載的檔案：

tar -xvf RPi.GPIO-0.6.3.tar.gz

cd RPi.GPIO-0.6.3

安裝 RPi.GPIO 庫：

sudo python3 setup.py install

Python 程式：LED 閃爍

在這個範例中，四個 LED 被連線到 Raspberry Pi 的 GPIO 引腳。需要的材料包括四個 LED、四個 330 Ω 電阻和一個 Raspberry Pi 板。每個 LED 有兩個引腳：陰極（短引腳）和陽極（長引腳）。選擇陰極，使用 330 Ω 電阻連線到地（Pin 6）。另一端連線到 Pin 10、11、12 和 13。

以下是 Python 程式碼：

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

pin_1 = 10
pin_2 = 11
pin_3 = 12
pin_4 = 13

GPIO.setup(pin_1, GPIO.OUT)
GPIO.setup(pin_2, GPIO.OUT)
GPIO.setup(pin_3, GPIO.OUT)
GPIO.setup(pin_4, GPIO.OUT)

while True:
    GPIO.output(pin_1, GPIO.HIGH)
    sleep(0.5)
    GPIO.output(pin_1, GPIO.LOW)
    sleep(0.5)

    GPIO.output(pin_2, GPIO.HIGH)
    sleep(0.5)
    GPIO.output(pin_2, GPIO.LOW)
    sleep(0.5)

    GPIO.output(pin_3, GPIO.HIGH)
    sleep(0.5)
    GPIO.output(pin_3, GPIO.LOW)
    sleep(0.5)

    GPIO.output(pin_4, GPIO.HIGH)
    sleep(0.5)
    GPIO.output(pin_4, GPIO.LOW)
    sleep(0.5)

這個程式會使四個 LED 以序列方式閃爍。

內容解密：

上述程式碼使用 RPi.GPIO 庫來控制 Raspberry Pi 的 GPIO 引腳。GPIO.setmode(GPIO.BOARD) 設定 GPIO 引腳的編號模式為 Physical。GPIO.setup() 函式設定指定的 GPIO 引腳為輸出模式。GPIO.output() 函式設定指定的 GPIO 引腳的電壓水平。sleep() 函式暫停程式的執行一段時間。

圖表翻譯：

以下是 LED 閃爍的流程圖：

  flowchart TD
    A[開始] --> B[設定 GPIO 引腳]
    B --> C[設定 LED 閃爍]
    C --> D[暫停]
    D --> E[重覆]
    E --> F[結束]

這個流程圖展示了 LED 閃爍的步驟：設定 GPIO 引腳、設定 LED 閃爍、暫停、重覆和結束。

Raspberry Pi 的 GPIO 設定和 LED 控制

GPIO 基本設定

在使用 Raspberry Pi 的 GPIO 時，首先需要設定 GPIO 的模式。GPIO 有兩種模式：BOARD 和 BCM。BOARD 模式是根據 Raspberry Pi 的物理引腳編號，BCM 模式則是根據 Broadcom 的編號。

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

# 設定 GPIO 模式為 BOARD
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

設定 GPIO 引腳為輸出

設定 GPIO 引腳為輸出後，才能夠控制 LED 的亮滅。

# 設定 pin_1 為輸出
GPIO.setup(11, GPIO.OUT)

控制 LED 亮滅

使用 GPIO.output() 函式可以設定 GPIO 引腳的狀態為高電位（HIGH）或低電位（LOW）。

# 設定 pin_1 為高電位
GPIO.output(11, GPIO.HIGH)
sleep(2)  # 延遲 2 秒

# 設定 pin_1 為低電位
GPIO.output(11, GPIO.LOW)
sleep(2)  # 延遲 2 秒

PWM 控制

PWM（Pulse Width Modulation）是一種用於控制數位訊號的方法。它可以用於控制 LED 的亮度。

# 設定 pin_1 為 PWM 輸出
pwm = GPIO.PWM(11, 100)  # 100 Hz
pwm.start(0)  # 初始化 PWM

# 設定 PWM 的 duty cycle
pwm.ChangeDutyCycle(50)  # 50% duty cycle
sleep(2)  # 延遲 2 秒

# 停止 PWM
pwm.stop()

清理 GPIO

在程式結束時，需要清理 GPIO 的設定。

# 清理 GPIO
GPIO.cleanup()

內容解密：

上述程式碼示範瞭如何使用 Raspberry Pi 的 GPIO 控制 LED 的亮滅和 PWM 控制。首先，需要設定 GPIO 的模式和引腳為輸出。然後，使用 GPIO.output() 函式控制 LED 的亮滅。PWM 控制可以用於控制 LED 的亮度。最後，需要清理 GPIO 的設定。

圖表翻譯：

  flowchart TD
    A[設定 GPIO 模式] --> B[設定 GPIO 引腳為輸出]
    B --> C[控制 LED 亮滅]
    C --> D[PWM 控制]
    D --> E[清理 GPIO]

上述流程圖示範了 GPIO 控制的流程。首先，設定 GPIO 的模式，然後設定 GPIO 引腳為輸出。接下來，控制 LED 的亮滅和 PWM 控制。最後，清理 GPIO 的設定。

PWM 的概念與實作

PWM（Pulse Width Modulation）是一種用於控制訊號的調製技術，廣泛應用於各種電子系統中。下面我們將探討 PWM 的基本概念和實作方法。

PWM 的原理

PWM 的基本思想是透過調整方波訊號的寬度來控制訊號的強度。方波訊號是一種高低電平交替出現的訊號，透過調整高電平的時間寬度，可以控制訊號的平均值。

實作 PWM 的方法

在 Raspberry Pi 中，可以使用 RPi.GPIO 庫來實作 PWM。以下是實作 PWM 的步驟：

步驟 1：匯入必要的庫

import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

步驟 2：設定 GPIO 模式

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

步驟 3：設定 PWM 輸出引腳

pin = 18  # PWM 輸出引腳
GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)

步驟 4：設定 PWM 頻率

frequency = 200  # PWM 頻率
pwm1 = GPIO.PWM(pin, frequency)

步驟 5：啟動 PWM

pwm1.start(0)  # 0% Duty Cycle PWM

步驟 6：調整 PWM Duty Cycle

for i in range(0, 100):
    pwm1.ChangeDutyCycle(i)
    sleep(0.02)

for i in range(100, 0, -1):
    pwm1.ChangeDutyCycle(i)
    sleep(0.02)

Mermaid 圖表

  flowchart TD
    A[開始] --> B[設定 GPIO 模式]
    B --> C[設定 PWM 輸出引腳]
    C --> D[設定 PWM 頻率]
    D --> E[啟動 PWM]
    E --> F[調整 PWM Duty Cycle]
    F --> G[結束]

圖表翻譯

上述 Mermaid 圖表展示了實作 PWM 的步驟。首先，設定 GPIO 模式，然後設定 PWM 輸出引腳和 PWM 頻率。接下來，啟動 PWM 和調整 PWM Duty Cycle。最後，結束 PWM。

內容解密

上述程式碼展示瞭如何使用 RPi.GPIO 庫實作 PWM。在程式碼中，首先匯入必要的庫，然後設定 GPIO 模式和 PWM 輸出引腳。接下來，設定 PWM 頻率和啟動 PWM。最後，調整 PWM Duty Cycle 並結束 PWM。

技術選型分析

在實作 PWM 時，需要選擇合適的 PWM 頻率和 Duty Cycle。PWM 頻率決定了 PWM 訊號的更新率，而 Duty Cycle 則決定了 PWM 訊號的平均值。選擇合適的 PWM 頻率和 Duty Cycle 可以確保 PWM 訊號的穩定性和準確性。

未來趨勢

在未來，PWM 技術將繼續被廣泛應用於各種電子系統中。隨著技術的進步，PWM 技術將更加高效和可靠。同時，PWM 技術也將被結合到其他技術中，例如 AI 和 IoT，從而創造出新的應用場景和機會。

OLED 顯示器與 Raspberry Pi 的介面

OLED（有機發光二極體）顯示器是一種薄、輕、耗電量低的顯示技術，常用於手機、手錶和其他行動式電子裝置中。為了讓 Raspberry Pi 更加豐富多彩，接下來我們將介紹如何將 OLED 顯示器介面到 Raspberry Pi 上。

隨著物聯網和邊緣計算的蓬勃發展，像Jetson Nano和Raspberry Pi這類單板電腦的需求日益增長，帶動了周邊硬體如OLED顯示器、感測器和無線網路卡的整合應用。本文深入探討了Jetson Nano和Raspberry Pi的設定、GPIO控制、PWM技術以及OLED顯示器介面等關鍵技術，涵蓋了從硬體配置到軟體程式設計的完整流程。分析段落中，我們比較了不同GPIO編號方式的優劣，並提供了詳細的程式碼範例和圖表說明，有效降低了讀者理解門檻。技術限制深析部分，明確指出Jetson Nano缺乏內建無線網路功能，需要額外添購無線網絡卡，並提供了選型建議和安裝步驟。前瞻性地來看，隨著AI和機器學習技術的快速發展，預計單板電腦將在更多場景中扮演重要角色，例如智慧家居、工業自動化、機器人控制和自動駕駛等領域。玄貓認為，掌握這些單板電腦的應用技巧，將有助於開發者快速構建原型，並在未來科技浪潮中佔據先機。對於想要入門嵌入式系統和物聯網開發的學習者，本文提供的實務操作和技術分析，將是不可或缺的寶貴資源。

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。