Raspberry Pi

Aktuell zum Raspberry Pi 4 sowie allen Vorgängerversionen erwartet Sie hier umfassendes Bastel-Wissen. Möchten Sie Linux mit dem RasPi lernen, suchen Sie Grundlagen und fortgeschrittene Techniken der Elektronik oder wollen Sie in die Programmierung mit Python einsteigen? Mit Michael Kofler, Charly Kühnast und Christoph Scherbeck steht Ihnen ein Autorenteam zur Seite, das das erforderliche Wissen leicht nachvollziehbar vermittelt und Sie mit zahlreichen Praxistipps und spannenden Beispielprojekten begeistern wird!

Aus dem Inhalt:

• Inbetriebnahme, Desktop und Terminal, Mediacenter
• Raspbian, Ubuntu, Windows 10
• Raspberry-Pi-Hardware
• Elektrotechnik-Crashkurs
• Zusatzboards: Kamera, ATmega, Gertboard, PiFace 2, Raspberry-Pi-HATs und Co.
• Bussysteme: I²C, UART, SPI
• Verschiedene Sensoren, Bewegungsmelder, Displays, Stromversorgung
• Servo- und Schrittmotoren
• Programmieren lernen: Python, C, PHP, Mathematica und Shell-Scripts; GPIO-Zugriff, WiringPi, Twitter-API
• GPS- und RFID-Daten auswerten
• Projekte: Bewässerungssystem, Servocam, Fitness-Armband, Luftraumüberwachung, Feinstaubmessung, Heimautomation etc.

Die Fachpresse zur Vorauflage: MagPi: »Topaktuell, thematisch breitgefächert und didaktisch hervorragend aufbereitet.« c't: »Das umfassende Handbuch (...) um richtig durchstarten zu können. «

Dr. Michael Kofler studierte Telematik an der TU Graz. Er zählt zu den erfolgreichsten und vielseitigsten Computerbuchautoren im deutschen Sprachraum. Zu seinen Themengebieten zählen neben Linux auch macOS, MySQL, KVM, Visual Basic und Excel-VBA. Viele seiner Bücher wurden übersetzt. Michael Kofler arbeitet auch als Software-Entwickler, Berater sowie als Lehrbeauftragter an einer Fachhochschule.

Vorwort ... 15




TEIL I Den Raspberry Pi kennenlernen ... 19



1. Kauf und Inbetriebnahme ... 21


1.1 ... Kauf ... 21

1.2 ... Raspberry-Pi-Distributionen ... 33

1.3 ... NOOBS-Installation ... 35



2. Erste Schritte in Raspbian ... 41


2.1 ... Basiskonfiguration ... 42

2.2 ... Der Pixel-Desktop ... 46

2.3 ... Wichtige Programme ... 49

2.4 ... WLAN-Konfiguration ... 59

2.5 ... Bluetooth-Konfiguration ... 60

2.6 ... USB-Sticks und -Festplatten ... 61

2.7 ... Drucker ... 62



3. Arbeiten im Terminal ... 65


3.1 ... Erste Experimente ... 65

3.2 ... Eingabeerleichterungen und Tastenkürzel ... 71

3.3 ... Die Bourne Again Shell (bash) ... 74

3.4 ... Arbeiten mit Administratorrechten (sudo) ... 80

3.5 ... Textdateien lesen und ändern ... 83

3.6 ... Verzeichnisse und Dateien ... 88

3.7 ... Komprimierte Dateien und Archive ... 95

3.8 ... Prozessverwaltung ... 99

3.9 ... Netzwerkkommandos ... 105



4. Tipps & Tricks ... 109


4.1 ... Image auf eine SD-Karte schreiben ... 109

4.2 ... Raspbian Lite ... 112

4.3 ... WLAN- und SSH-Server vorkonfigurieren ... 113

4.4 ... Pixel-Desktop konfigurieren ... 114

4.5 ... Bildschirmschoner aktivieren/deaktivieren ... 116

4.6 ... Screenshots erstellen ... 117

4.7 ... Mehr Farbe im Terminal ... 117

4.8 ... Overclocking ... 120

4.9 ... Notfall-Tipps ... 122



5. Arbeitstechniken ... 127


5.1 ... Programme installieren und verwalten ... 128

5.2 ... Updates ... 131

5.3 ... SSH ... 136

5.4 ... Fernwartung über das Remote Desktop Protocol ... 147

5.5 ... Fernwartung über VNC ... 151

5.6 ... Netzwerkverzeichnisse nutzen ... 152

5.7 ... Netzwerkverzeichnisse anbieten (Samba-Server) ... 158

5.8 ... Internetzugriff auf den Raspberry Pi ... 165

5.9 ... FTP-Server einrichten ... 174

5.10 ... Programme beim Systemstart ausführen ... 177

5.11 ... Programme regelmäßig ausführen (Cron) ... 179

5.12 ... Monitor ein- und ausschalten ... 182

5.13 ... Backups erstellen ... 183



6. Linux-Grundlagen ... 189


6.1 ... Benutzer und Gruppen ... 190

6.2 ... Zugriffsrechte ... 198

6.3 ... Paketverwaltung ... 204

6.4 ... Verwaltung des Dateisystems ... 206

6.5 ... Netzwerkkonfiguration ... 214

6.6 ... Bluetooth ... 221

6.7 ... Systemstart ... 224

6.8 ... Systemeinstellungen in config.txt ... 231

6.9 ... Grafiksystem ... 236

6.10 ... Kernel und Module ... 238

6.11 ... Device Trees ... 241




TEIL II Der Raspberry Pi als Media-Center ... 245



7. Audio-Player mit Smartphone-Fernbedienung ... 247


7.1 ... MPD-Installation und -Konfiguration ... 247

7.2 ... MPD-Konfigurationsvarianten ... 253

7.3 ... HiFiBerry ... 262

7.4 ... Volumio ... 265



8. Multimedia-Center mit Kodi und LibreELEC ... 269


8.1 ... Installation und Konfiguration ... 270

8.2 ... Kodi-Betrieb ... 279




TEIL III Hardware-Grundlagen ... 287



9. Hardware-Einstieg ... 289


9.1 ... Platinenaufbau ... 289

9.2 ... Der BCM2711 ... 291

9.3 ... GPIO-Kontakte ... 295

9.4 ... Stromversorgung ... 303

9.5 ... Gehäuse ... 311



10. Elektrotechnik-Crashkurs ... 315


10.1 ... Strom, Spannung und das ohmsche Gesetz ... 315

10.2 ... Grundschaltungen ... 317

10.3 ... Elektronische Grundbauteile ... 322

10.4 ... Das Multimeter ... 327

10.5 ... Breadboard oder Platine? ... 330

10.6 ... Löten ... 332

10.7 ... Breadboardadapter ... 334



11. LEDs, Motoren und Relais ... 339


11.1 ... Leuchtdioden (LEDs) ... 339

11.2 ... Optokoppler ... 357

11.3 ... Elektromotoren ... 358

11.4 ... Schrittmotoren ... 371

11.5 ... Servomotoren ... 381

11.6 ... Relais ... 387



12. Bussysteme ... 391


12.1 ... SPI ... 391

12.2 ... Der Analog-Digital-Wandler MCP3008 ... 401

12.3 ... Der Digital-Analog-Wandler MCP4811 ... 407

12.4 ... I$^2$C ... 412

12.5 ... UART ... 421

12.6 ... Der Audio-Bus I$^2$S ... 427

12.7 ... 1-Wire ... 428



13. Sensoren ... 431


13.1 ... PIR-Bewegungssensor ... 431

13.2 ... Ultraschallsensor ... 435

13.3 ... Wasserstandssensor ... 438

13.4 ... Bodenfeuchtigkeitssensor ... 439

13.5 ... Temperatursensoren ... 444

13.6 ... Fotowiderstand ... 451

13.7 ... Das Multi-Analogsensor-Board PCF8591 ... 453

13.8 ... Raspberry Pi Camera Board und PiNoIR ... 456

13.9 ... Reed-Kontakt ... 469

13.10 ... Hardware Real Time Clock ... 471

13.11 ... IR-Empfänger ... 475

13.12 ... Fingerabdruck-Scanner ... 477

13.13 ... Leitfaden für fremde Sensoren ... 485



14. Erweiterungsboards ... 487


14.1 ... Das Gertboard ... 488

14.2 ... Der ATmega auf dem Gertboard ... 503

14.3 ... Logic-Level-Converter ... 508

14.4 ... PiFace Digital 2 ... 509

14.5 ... StromPi 2 -- USV und Wide-Range-Spannungsversorgung ... 515

14.6 ... Pimoroni Zero LiPo ... 518

14.7 ... GertDuino ... 520

14.8 ... Raspberry-Pi-HATs ... 524

14.9 ... Sense HAT -- Das Mulitalent ... 530

14.10 ... Adafruit PWM/Servo-HAT ... 535

14.11 ... BrickPi ... 538

14.12 ... GrovePi ... 539



15. Displays ... 541


15.1 ... 7-Segment-Anzeige ... 541

15.2 ... 16x2-LC-Display ... 544

15.3 ... PiTFT -- Der Touchscreen für den Raspberry Pi ... 549

15.4 ... Kfz-Rückfahrmonitore ... 554

15.5 ... Das offizielle Raspberry-Pi-Touchdisplay ... 558

15.6 ... OLED-Display SSD1306 ... 564

15.7 ... PaPiRus -- Das E-Paper-Display ... 568

15.8 ... Weitere Display-Boards ... 574




TEIL IV Programmierung ... 577



16. Python kennenlernen ... 579


16.1 ... Python ausprobieren ... 580

16.2 ... Python-Konzepte interaktiv kennenlernen ... 582

16.3 ... Hello World! ... 592



17. Python-Grundlagen ... 599


17.1 ... Elementare Syntaxregeln ... 599

17.2 ... Variablen und Objekte ... 605

17.3 ... Operatoren ... 615

17.4 ... Verzweigungen (if) ... 618

17.5 ... Schleifen (for und while) ... 620

17.6 ... Zeichenketten ... 626

17.7 ... Listen ... 632

17.8 ... Umgang mit Fehlern (Exceptions) ... 635

17.9 ... Funktionen ... 641

17.10 ... Objektorientiertes Programmieren ... 651

17.11 ... Systemfunktionen ... 663



18. Python-Programmierung ... 667


18.1 ... GPIO-Zugriff mit RPi.GPIO ... 667

18.2 ... GPIO-Zugriff mit gpiozero ... 674

18.3 ... Reset/Shutdown-Taste ... 678

18.4 ... Kamera ... 680

18.5 ... Dateien bei Dropbox hochladen ... 684

18.6 ... E-Mails versenden ... 688

18.7 ... Textdateien lesen und schreiben ... 690

18.8 ... Grafikprogrammierung ... 695

18.9 ... Grafische Benutzeroberflächen mit tkinter ... 702

18.10 ... Matplotlib ... 715



19. bash-Programmierung ... 721


19.1 ... Einführung ... 721

19.2 ... Variablen ... 725

19.3 ... Schleifen, Bedingungen und Funktionen ... 731

19.4 ... WiringPi ... 741

19.5 ... Das raspi-gpio-Kommando ... 747

19.6 ... Das pinout-Kommando ... 749



20. C-Programmierung ... 751


20.1 ... Hello World! ... 751

20.2 ... GPIO-Steuerung mit C ... 755



21. Java-Programmierung ... 759


21.1 ... Erste Schritte ... 759

21.2 ... GPIO-Steuerung mit Java ... 761



22. PHP-Programmierung ... 767


22.1 ... Apache installieren und konfigurieren ... 768

22.2 ... Webverzeichnisse einrichten und absichern ... 770

22.3 ... HTTPS ... 776

22.4 ... PHP installieren und konfigurieren ... 778

22.5 ... MariaDB installieren und administrieren ... 780

22.6 ... Hello World! in PHP ... 785

22.7 ... GPIO-Steuerung mit PHP ... 787

22.8 ... Kamerafunktionen mit PHP nutzen ... 792



23. Mathematica und die Wolfram Language ... 797


23.1 ... Arbeiten mit Mathematica ... 798

23.2 ... Programmieren mit der Wolfram Language ... 804

23.3 ... Grafische Darstellung von Temperaturdaten ... 811




TEIL V Projekte ... 815



24. Der Raspberry Pi im Vogelhaus ... 817


24.1 ... Einbau des Raspberry Pi samt Kameramodul in ein Vogelhaus ... 817

24.2 ... Kamerapraxis ... 820

24.3 ... Bewegungserkennung mit motion ... 823

24.4 ... Das Vogelhaus im praktischen Einsatz ... 827



25. Zeitmessung mit Lichtschranken ... 831


25.1 ... Versuchsaufbau (Hardware) ... 831

25.2 ... Software ... 834



26. Das autonome Auto ... 837


26.1 ... Hardware ... 837

26.2 ... Die Software ... 846



27. RFID-Türöffner mit Zutrittskontrolle ... 849


27.1 ... RFID-Hardware ... 850

27.2 ... Software ... 853

27.3 ... Erweiterungsmöglichkeiten und Tipps ... 859



28. Stromzähler auslesen ... 861


28.1 ... Stromzähler-Grundlagen ... 861

28.2 ... Einführung in RRDtool ... 865

28.3 ... Zählerdaten speichern und zu Graphen aufbereiten ... 870



29. Hausautomation mit Netzwerksteckdosen ... 873


29.1 ... Einführung ... 873

29.2 ... Programmierung ... 875



30. Hausautomation mit 433-MHz-Funktechnologie ... 887


30.1 ... Hardware-Grundlagen ... 887

30.2 ... Software und Steuerungsbeispiele ... 890



31. Die Schalthebel der Nacht ... 899


31.1 ... Vorbereitung ... 899

31.2 ... Der Lux-Sensor ... 900

31.3 ... IKEAs Trådfri-Beleuchtungssystem mit Linux steuern ... 902

31.4 ... Philips-Hue-Leuchten ansteuern ... 906

31.5 ... Lichtstärke messen, Leuchten steuern ... 909



32. Ort und Zeit per GPS empfangen ... 911


32.1 ... Haben Sie Zeit? Eine Uhr für den Raspberry Pi ... 911

32.2 ... Ortsbestimmung mit dem Raspberry Pi ... 919



33. Der Raspberry Pi lernt twittern ... 925


33.1 ... Voraussetzungen ... 925

33.2 ... Programmierung ... 927



34. Gewitter erkennen mit dem Blitzsensor ... 933


34.1 ... Blitzsensor AS3935 ... 933

34.2 ... Software ... 936



35. Klingel-Pi -- Der Türglockenverstärker ... 941


35.1 ... Geräuschsensor anschließen und auswerten ... 941



36. WLAN- und Tor-Router ... 945


36.1 ... Einführung ... 945

36.2 ... WLAN-Access-Point ... 948

36.3 ... WLAN-Router ... 954

36.4 ... Tor-Router ... 962



37. DLNA-Server ... 969


37.1 ... Raspbian-Installation auf große SD-Karten ... 970

37.2 ... ReadyMedia alias miniDLNA ... 973

37.3 ... Read-only-Konfiguration ... 974



38. Pi-hole (Ad-Blocker) ... 979


38.1 ... Installation ... 980

38.2 ... Client-Konfiguration ... 982

38.3 ... Weboberfläche ... 983



39. USB-Stick-Checker (CIRCLean) ... 985


39.1 ... CIRCLean installieren und anwenden ... 986

39.2 ... Einschränkungen ... 988



40. NAS mit openmediavault ... 989


40.1 ... Voraussetzungen ... 990

40.2 ... Installation ... 992

40.3 ... Konfiguration ... 993



41. Luftraumüberwachung ... 999


41.1 ... Technischer Hintergrund und Hardware ... 999

41.2 ... Software ... 1000



42. Die Servokamera ... 1005


42.1 ... Die Hardware ... 1006

42.2 ... Die Python-Software ... 1006

42.3 ... Die Streaming-Software ... 1008

42.4 ... Die Weboberfläche ... 1010

42.5 ... Inbetriebnahme ... 1011



43. PomodoPi ... 1013


43.1 ... Der Bodenfeuchtigkeitssensor ... 1013

43.2 ... Die Blumenampel ... 1021

43.3 ... Die automatische Bewässerung ... 1023

43.4 ... Photosynthese sichtbar machen ... 1027



44. Wassermelder mit Handyalarm ... 1031


44.1 ... Hardware ... 1031

44.2 ... Pushbullet ... 1033



45. Dicke Luft -- Feinstaubmessung und Innenluftqualität ... 1037


45.1 ... Was ist Feinstaub? ... 1037

45.2 ... Welcher Sensor kann PM10 und PM2.5 messen und wie funktioniert das? ... 1038

45.3 ... Anschauliche Grafiken im Web ... 1042

45.4 ... Luftqualitätssensor für den Innenraum ... 1046



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