Raspberry Pi

Der Raspberry Pi ist ein kleiner und kostengünstiger Einplatinencomputer. Er wird während der Ausbildung in verschiedenen Bereichen eingesetzt.

Beschaffung

Raspberry Pi

Für den Einsatz eines Raspberry Pi im Unterricht werden folgende Komponenten zwingend benötigt:

1. Raspberry Pi 3 (ca. 38 €)
2. Gehäuse für den Raspberry Pi (die 40 Pins der GPIO-Schnittstelle müssen von oben gut zugänglich sein). Ein paar Beispiele:
   • Pibow 3 Ninja Coupé (Schichtgehäuse) (ca. 10 €)
   • Mepro Enclosure Case (Schichtgehäuse) (ca. 7 €)
   • OneNineDesign Gehäuse (ca. 6 €)
3. USB-Steckernetzteil (2 A, ca. 8 €) (Informationen zu den Netzteilen)
4. microSD-Karte Class 10 mit mindestens 16 GB Speicher. (ca. 4 €)

Eine Analyse verschiedener Karten gibt es bei elinux.org.

Folgende Ergänzungen stehen entweder bereits durch andere Elektronikgeräte wie PCs, Smartphones, Tablets und Digitalkameras zur Verfügung oder müssen neu angeschafft werden.

• Ein einfacher Kopfhörer
• Netzwerkkabel (ca. 3 €)
• Micro USB Kabel (USB 2.0 Typ A Stecker auf USB 2.0 Micro-B-Stecker)

Für die praktische Arbeit mit den GPIO-Pins des Pi müssen folgende Komponenten beschafft werden:

• Box zur Aufbewahrung von Kleinteilen
• Experimentierboard "Breadboard" mit ca. 830 Kontakten (ca. 3 €)
• Steckbrücken "jumper wire" (ca. 4 €)

  Benötigt werden ca. 10 Stück in alle Varianten: männlich-weiblich, weiblich-weiblich, männlich-männlich. Häufig sind Bündel mit 40 Stück erhältlich, die auf 4 Schüler aufgeteilt werden können.

Bezugsquellen

Für den Versand bieten sich folgende Händler an: reichelt elektronik, Alternate, Pollin Electronic oder Conrad. Da die Preise schwanken, lohnt sich ein Vergleich. Auf den Shop-Seiten nach "Starterkit" oder "Bundle" suchen, um Komplettangebote zu erhalten.

Vor der Bestellung bei Amazon-Händlern sollte darauf geachtet werden, aus welchem Land die Teile verschickt werden. Bei außereuropäischen Händlern sind lange Lieferzeiten einzuplanen.

Conrad hat viele Komponenten in den Ladengeschäften in Dortmund und Essen auch vorrätig.

Wenn sich mehrere Besteller zusammentun, können hierdurch zusätzlich Versandkosten eingespart werden.

Inbetriebnahme

Vor dem ersten Einsatz, muss auf dem Raspberry Pi ein Betriebssystem auf einer SD-Karte installiert werden. Wir verwenden die verbreitete Linux-Distribution Raspbian.

1. Baue den Raspberry Pi zusammen.
2. Installiere Raspbian auf dem Raspberry Pi.
   • Eine ausführliche Anleitung befindet sich in der Leseprobe des Raspberry Pi Buches.
   • Eine kurze Anleitung ist in Ausgabe 36 von The MagPi (ab Seite 16).
   • Auch der Setup-Guide von der RapberryPi-Foundation hält nützliche Informationen bereit.
   • Um den Fernzugriff mit ssh zu aktivieren, muss eine Datei mit dem Namen "ssh" im Verzeichnis "boot" abgelegt werden. [1]
   • Damit sich der Pi direkt in ein WLAN-Netz einbucht, kann eine Datei "wpa_supplicant.conf" in dem Verzeichnis "boot" abgelegt werden. Ihr Aufbau:

     # Datei wpa_supplicant.conf in der Boot-Partition der SD-Karte

     network={

     ssid="wlan-name"

     psk="ganz-geheimes-passwort"

     key_mgmt=WPA-PSK

     }

3. Installiere das Paket espeak und die Sprachfiles (espeak-data). Hiermit wird der Pi um eine Sprachausgabe erweitert. Über die Audioausgabe wird der Pi später seine eigene IP-Adresse ausgeben, damit wir ihn im Netz wiederfinden, ohne einen Monitor jedesmal anschließen zu müssen.
   $ sudo apt-get install espeak espeak-data
4. Für den Fernzugriff musst du noch xrdp installieren. Damit können wir unter Windows eine Remote-Desktop Verbindung zum Pi herstellen.
   $ sudo apt-get install xrdp
   • Bei der aktuellen Version von Raspbian wird der RealVNC-Server mitinstalliert, der nicht mit xrdp zusammenarbeitet. Daher ist vor der Installation von xrdp eine Deinstallation des VNC-Servers notwendig.
     $ sudo apt-get remove realvnc-vnc-server
5. Notiere die MAC-Adresse (Hardware Adresse) der Netzwerkschnittstelle - am besten direkt auf dem Gehäuse. Sie beginnt mit B8:27:EB und du erhältst sie mit dem Befehl
   $ ifconfig eth0
   Mehr Informationen stehen auf den Seiten des Elektronik Kompendiums
6. Um auf den Pi über dessen Name zugreifen zu können, muss auf dem eigenen Laptop ein Bonjourdienst installiert werden - z.B. der Bonjour Druckdienst für Windows (von Apple). Danach ist der Pi unter hostname.local erreichbar - also standardmäßig raspberrypi.local.
   Der hostname des Pi sollte über raspi-config in den erweiterten Einstellungen geändert werden.
7. Bringe den Pi, einen Kopfhörer, ein Ethernetkabel, ein USB-Kabel (und alles, was du sonst noch besorgt hast) mit.

Notiere bei Problemen die genaue Fehlermeldung oder mache ein Bild davon.

Eingabe-Ausgabe-Modul

Eingabe-Ausgabe-Modul für den RaspberryPI

Im Unterricht wird ein Eingabe-Ausgabe-Hardware-Modul erstellt und über Software angesteuert. Viele Informationen darüber inkl. einer Dokumentation ist unter dem Projektnamen eapi bei github verfügbar.

Das E/A-Modul ist eine kleine Platine, die über zwei Taster für Eingaben und drei Leuchtdioden (rot, gelb und grün) für Ausgaben verfügt. Die Ansteuerung erfolgt über die GPIO-Schnittstelle des Raspberry Pi. Es wird an fünf GPIO-Pins des PI angeschlossen und benötigt zusätzlich einen 3,3-V-Pin und einen Masse-Pin für die Spannungsversorgung.

Die Software liegt als Modul im Python-Package-Index (PyPi) unter dem Namen eapi. Sie kann mit sudo pip3 install eapi installiert werden. Wenn die Installation nur lokal für einen User erfolgen soll, heißt der Befehl pip3 install --user eapi.

Unter Windows gibt es kein sudo. Daher kann dieser Befehl unter Windows ohne sudo ausgeführt werden.

Links

• Webseite von RaspberryPi
• Raspbian - Das Betriebssystem für den RaspberryPi. Es basiert auf dem Betriebssystem Debian.
• Win32 Disk Imager schreibt unter Windows Disk-Images auf SD-Karten. Unter Linux klappt dies mit dem dd-Befehl.

• Raspberry Pi bei Wikipedia
• The MagPi (Ausgabe 36) - in dieser Ausgabe werden die ersten Schritte mit dem Raspberry Pi ab Seite 16 ausführlich beschrieben.
• Raspberry Pi - Das umfassende Handbuch ist ein dickes Buch über den Raspberry Pi. Die ersten Kapitel stellt der Verlag kostenlos zur Verfügung. Für den Einstieg reichen sie. Die Schule hat eine Ausgabe in der IT-Bibliothek im Raum zwischen R.44 und R.46 deponiert.
• Kostenloses Themenheft: Unterrichten mit dem Raspberry Pi
• pinout.xyz zeigt die Pin-Belegung der GPIO-Pins des Pi zusammen mit typischen Code-Schnipseln in Python.

• Materialien von Herrn Bakera und Herrn Gummlich

• Ein einigermaßen aktuelles NOOBS bzw. Raspbian lite gibt es auch auf dem Server des ITA-Wiki.