树莓派新手入门教程

树莓派（Raspberry Pi）是学习计算机知识、架设服务器的好工具，价格低廉，可玩性高。

本文根据我的亲身经验，介绍如何从零开始，搭建一个树莓派服务器，控制 LED 灯。你会看到，树莓派玩起来实在很容易。

我要感谢 100offer 对我提供赞助。100offer 是国内第一流的人力资源服务网站，本文结尾有他们的简介，最近想换工作的朋友可以看一下。

一、型号

树莓派是一个迷你电脑，集成在一块电路板。目前，最新的型号有两个。

（1）Raspberry Pi 3代 B 型

（2）Raspberry Pi zero （含 zero w）

虽然后者便宜，但是少了许多接口（比如只有一个 USB 口），CPU 和内存都比较低，配件也少，因此推荐购买第3代的 B 型。以下都针对这个型号，但大部分内容对 zero 也适用。

二、配件

树莓派本身只是一个主机。要运行起来，必须有配件。

（1）电源

Micro USB 接口的手机充电器，就可以充当电源，但输出必须是 5V 电压、至少 2A 电流。充电宝当电源也没问题。

（2）Micro SD 卡

树莓派不带硬盘，Micro SD 卡就是硬盘。最小容量8G，推荐使用16G和32G的卡。

（3）显示器

树莓派有 HDMI 输出，显示器必须有该接口。如果有 HDMI 转 VGA 的转接线，那么 VGA 显示器也可以。我用的是一个 7 寸的液晶监视器。

不过，显示器只在安装系统时需要，后面可以 SSH 登录，就不需要了。

（4）无线键鼠

树莓派内置蓝牙，USB 或蓝牙的无线键鼠都可以用。

就像显示器一样，如果树莓派已经装好系统，而且只当作服务器，无线键鼠也可以不配。

三、电子元件

除了配件，下面的实验还需要一些电子元件。

（1）面包板（一块）

（2）连接线（若干）

注意，连接线必须一端是公头，一端是母头。

另外，最好也备一些两端都是公头的连接线。

（3）LED 二极管（若干）

（4）270欧姆的电阻（若干）

四、安装系统

如果商家已经装好系统，可以跳过这一步，否则需要自己安装操作系统。

官方提供的操作系统是 Raspbian，这是 Debian 系统的定制版。

官方还提供一个安装器 NOOBS，建议通过它来安装 Raspbian，相对简单一点。

下载 NOOBS。

格式化 Micro SD 卡为 FAT 格式（操作指导）。

解压NOOBS.zip到 Micro SD 卡根目录。

插入 Micro SD 卡到树莓派底部的卡槽，接通电源，启动系统。

正常情况下，按照屏幕上的提示，一路回车，就能装好系统。

五、SSH 登录

安装系统后，树莓派就可以上网了（Wifi 或者网线）。这时，你要看一下它的局域网 IP 地址，可以使用下面的命令。


$ sudo ifconfig

然后，更改系统设置，打开 SSH 登录（默认是禁止的）。

接着，从另一台电脑 SSH 登录树莓派。下面的命令是在局域网的另一台电脑上执行的。


$ ssh pi@192.168.1.5

上面代码中，192.168.1.5是我的树莓派的地址，你要换成你的地址。树莓派的默认用户是pi。

树莓派会提示你输入密码。pi的默认密码是raspberry。正常情况下，这样就可以登录树莓派了。接着，就可以进行各种服务器操作了，比如修改密码。


$ passwd

后面的实验需要将用户加入gpio用户组。


$ sudo adduser pi gpio

上面的代码表示将用户pi加入gpio用户组。

六、安装 Node

为了运行 Node 脚本，树莓派必须安装 Node，可以参考这篇文章。


$ curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_8.x | sudo -E bash -
$ sudo apt install nodejs

正常情况下，Node 8.x 版就已经安装成功了。


$ node -v
v8.1.0

七、点亮 LED

树莓派提供了一组对外的 IO 接口，称为 GPIO（通用 IO 接口，General-purpose input/output）。

它的 40 个脚的定义如下图。

注意，左上角的第1针（3.3V）是一个方块，其他针脚都是圆的。将树莓派翻过来，背后可以看到 GPIO 有一个角是方的，通过这种方法就可以确认哪一个针眼是3.3V。

通过 GPIO ，树莓派可以与其他电子元件连接。下面根据 Jonathan Perkin 的文章，使用树莓派连接 LED 二极管。

这里需要用到面包板。本质上，面包板就是几根导线，上面开了许多可以连到导线的孔。

+极和-极是两根垂直的导线，标着1、5、10这些数字的行，每一行都是一根水平的导线。导线与导线之间互不连接，另外，面包板的左右两半也是互不连接的。

然后，按照下面的图，将树莓派、面包板、LED 灯、电阻连起来。

上图中，红色导线表示电流的正极，从 GPIO 的第1针（3.3V）连到面包板。黑色导线表示电流的负极，从 GPIO 第三排的第6针（ground）连到面包板。它们连到面包板的哪个眼并不重要，但必须保证能组成一个完整的电路（上图的箭头流向）。注意，LED 二极管也有正负极，长脚表示正极，短脚表示负极。电阻没有正负极。

连接完成后，打开树莓派的电源，LED 应该就会亮起来了。

八、LED 控制脚本

下面，我们使用 Node 脚本控制 LED。

首先，将正极的导线从1号针脚（3.3V）拔出，插到第6排的11号针脚（上图的 GPIO 17）。这个针脚的电流是脚本可以控制的。

然后，在树莓派上新建一个实验目录，并安装控制 GPIO 的 Node 模块rpio。。


$ mkdir led-demo && cd led-demo
$ npm init -y
$ npm install -S rpio

接着，新建一个脚本led-on.js。


// led-on.js
var rpio = require('rpio');

// 打开 11 号针脚（GPIO17) 作为输出
rpio.open(11, rpio.OUTPUT);

// 指定 11 号针脚输出电流（HIGH）
rpio.write(11, rpio.HIGH);

运行这个脚本，应该就会看到 LED 灯泡变亮了。


$ node led-on.js

再新建一个led-off.js脚本，只要改一行（完整代码看这里）。


// led-off.js
//...

// 指定 11 号针脚停止输出电流（LOW）
rpio.write(11, rpio.LOW);

运行这个脚本，LED 灯泡应该就会熄灭了。


$ node led-off.js

有了这两个脚本，让 LED 闪烁就轻而易举了。新建一个led-blink.js脚本。


// led-blink.js
var rpio = require('rpio');
rpio.open(11, rpio.OUTPUT);

function blink() {
  rpio.write(11, rpio.HIGH);
  setTimeout(function ledoff() {
    rpio.write(11, rpio.LOW);
  }, 50);
}

setInterval(blink, 100);

上面的脚本让 LED 每秒闪烁10次。


$ node led-blink.js

九、HTTP 服务器

通过控制 LED 可以做很多事，比如架设一个 HTTP 服务器，每当有人访问，LED 就闪烁一下。

首先，在刚才的目录里面装一个服务器模块。


$ npm install -S server

然后，新建一个脚本server.js（完整代码看这里）。


// server.js
var server = require('server');
var { get } = server.router;

// ...

server({ port: 8080 }, [
  get('/' ,  ctx => {
    console.log('a request is coming...');
    blink();
  }),
]);

console.log('server starts on 8080 port');

运行这个脚本。


$ node server.js

然后，再打开一个命令行终端，访问8080端口，LED 就会闪一下。


$ curl http://localhost:8080

好了，今天的教程就到这里。接下来，你可以自己探索，做更多的尝试，比如写一个测试用例脚本，只要测试失败 LED 就会长亮，或者组装一个8位的加法器。

（正文完）

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