Raspberry Pi

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 ... 34

1.4 ... Image-Datei auf eine SD-Karte schreiben ... 41

1.5 ... Installationsvarianten für Fortgeschrittene ... 46



2. Erste Schritte in Raspbian ... 51


2.1 ... Basiskonfiguration ... 52

2.2 ... Der PIXEL-Desktop ... 55

2.3 ... Wichtige Programme ... 61

2.4 ... WLAN-Konfiguration ... 74

2.5 ... Bluetooth-Konfiguration ... 75

2.6 ... USB-Sticks und -Festplatten ... 76

2.7 ... Drucker ... 77

2.8 ... Raspbian Lite ... 78



3. Arbeiten im Terminal ... 81


3.1 ... Erste Experimente ... 81

3.2 ... Eingabeerleichterungen und Tastenkürzel ... 87

3.3 ... Farbspiele ... 90

3.4 ... Die Bourne Again Shell (bash) ... 93

3.5 ... Arbeiten mit Administratorrechten (sudo) ... 99

3.6 ... Textdateien lesen und ändern ... 101

3.7 ... Verzeichnisse und Dateien ... 107

3.8 ... Komprimierte Dateien und Archive ... 114

3.9 ... Prozessverwaltung ... 118

3.10 ... Netzwerkkommandos ... 124



4. Arbeitstechniken ... 127


4.1 ... Programme installieren und verwalten ... 128

4.2 ... Updates ... 131

4.3 ... SSH ... 136

4.4 ... Fernwartung über das Remote Desktop Protocol ... 145

4.5 ... Fernwartung über VNC ... 148

4.6 ... Netzwerkverzeichnisse nutzen ... 149

4.7 ... Netzwerkverzeichnisse anbieten (Samba-Server) ... 155

4.8 ... Internetzugriff auf den Raspberry Pi ... 162

4.9 ... FTP-Server einrichten ... 172

4.10 ... Programme beim Systemstart ausführen ... 175

4.11 ... Programme regelmäßig ausführen (Cron) ... 176

4.12 ... Monitor ein- und ausschalten ... 180

4.13 ... Backups erstellen ... 181

4.14 ... Overclocking ... 185

4.15 ... Notfall-Tipps ... 187



5. Linux-Grundlagen ... 193


5.1 ... Benutzer und Gruppen ... 194

5.2 ... Zugriffsrechte ... 202

5.3 ... Paketverwaltung ... 208

5.4 ... Verwaltung des Dateisystems ... 210

5.5 ... Netzwerkkonfiguration ... 218

5.6 ... Bluetooth ... 226

5.7 ... Systemstart ... 229

5.8 ... Systemeinstellungen in config.txt ... 236

5.9 ... Grafiksystem ... 241

5.10 ... Kernel und Module ... 244

5.11 ... Device Trees ... 247



6. Ubuntu ... 251


6.1 ... Installation ... 252

6.2 ... Konfiguration und technische Details ... 254



7. Windows 10 ... 257


7.1 ... Installation ... 257

7.2 ... Anwendung ... 260

7.3 ... Programmentwicklung mit Visual Studio ... 262




TEIL II Der Raspberry Pi als Media-Center ... 269



8. Audio-Player mit Smartphone-Fernbedienung ... 271


8.1 ... MPD-Installation und -Konfiguration ... 271

8.2 ... MPD-Konfigurationsvarianten ... 277

8.3 ... HiFiBerry ... 286

8.4 ... Volumio ... 289

8.5 ... Pi MusicBox ... 293



9. Multimedia-Center mit Kodi und LibreELEC ... 295


9.1 ... Installation und Konfiguration ... 296

9.2 ... Fernbedienung ... 305

9.3 ... Kodi-Betrieb ... 309



10. Multimedia-System mit RasPlex ... 317


10.1 ... Kodi oder Plex? ... 317

10.2 ... Plex-Server-Konfiguration ... 320

10.3 ... RasPlex-Installation und -Konfiguration ... 323

10.4 ... Plex-Anwendung ... 329




TEIL III Hardware-Grundlagen ... 331



11. Hardware-Einstieg ... 333


11.1 ... Platinenaufbau ... 333

11.2 ... Der BCM2837 ... 335

11.3 ... GPIO-Kontakte ... 337

11.4 ... Stromversorgung ... 345

11.5 ... Gehäuse ... 354



12. Elektrotechnik-Crashkurs ... 357


12.1 ... Strom, Spannung und das ohmsche Gesetz ... 357

12.2 ... Grundschaltungen ... 359

12.3 ... Elektronische Grundbauteile ... 364

12.4 ... Das Multimeter ... 369

12.5 ... Breadboard oder Platine? ... 372

12.6 ... Löten ... 374

12.7 ... Breadboardadapter ... 376



13. LEDs, Motoren und Relais ... 381


13.1 ... Leuchtdioden (LEDs) ... 381

13.2 ... Optokoppler ... 399

13.3 ... Elektromotoren ... 400

13.4 ... Schrittmotoren ... 413

13.5 ... Servomotoren ... 423

13.6 ... Relais ... 429



14. Bussysteme ... 433


14.1 ... SPI ... 433

14.2 ... Der Analog-Digital-Wandler MCP3008 ... 442

14.3 ... Der Digital-Analog-Wandler MCP4811 ... 448

14.4 ... I²C ... 453

14.5 ... UART ... 462

14.6 ... Der Audio-Bus I²S ... 468

14.7 ... 1-Wire ... 469



15. Sensoren ... 471


15.1 ... PIR-Bewegungssensor ... 471

15.2 ... Ultraschallsensor ... 475

15.3 ... Wasserstandssensor ... 478

15.4 ... Bodenfeuchtigkeitssensor ... 479

15.5 ... Temperatursensoren ... 484

15.6 ... Fotowiderstand ... 491

15.7 ... Das Multi-Analogsensor-Board PCF8591 ... 493

15.8 ... Raspberry Pi Camera Board und PiNoIR ... 496

15.9 ... Reed-Kontakt ... 509

15.10 ... Hardware Real Time Clock ... 511

15.11 ... IR-Empfänger ... 515

15.12 ... Fingerabdruck-Scanner ... 517

15.13 ... Leitfaden für fremde Sensoren ... 525



16. Erweiterungsboards ... 527


16.1 ... Das Gertboard ... 528

16.2 ... Der ATmega auf dem Gertboard ... 543

16.3 ... Logic-Level-Converter ... 548

16.4 ... PiFace Digital 2 ... 549

16.5 ... StromPi 2 -- USV und Wide-Range-Spannungsversorgung ... 555

16.6 ... Pimoroni Zero LiPo ... 558

16.7 ... GertDuino ... 559

16.8 ... Raspberry-Pi-HATs ... 564

16.9 ... Adafruit PWM/Servo-HAT ... 570

16.10 ... BrickPi ... 574

16.11 ... GrovePi ... 575



17. Displays ... 579


17.1 ... 7-Segment-Anzeige ... 579

17.2 ... 16×2-LC-Display ... 582

17.3 ... PiTFT -- Der Touchscreen für den Raspberry Pi ... 587

17.4 ... Kfz-Rückfahrmonitore ... 592

17.5 ... Das offizielle Raspberry-Pi-Touchdisplay ... 596

17.6 ... OLED-Display SSD1306 ... 602

17.7 ... PaPiRus -- Das E-Paper-Display ... 606

17.8 ... Weitere Display-Boards ... 612




TEIL IV Programmierung ... 615



18. Python kennenlernen ... 617


18.1 ... Python ausprobieren ... 618

18.2 ... Python-Konzepte interaktiv kennenlernen ... 620

18.3 ... Hello World! ... 630



19. Python-Grundlagen ... 637


19.1 ... Elementare Syntaxregeln ... 637

19.2 ... Variablen und Objekte ... 643

19.3 ... Operatoren ... 653

19.4 ... Verzweigungen (if) ... 656

19.5 ... Schleifen (for und while) ... 658

19.6 ... Zeichenketten ... 664

19.7 ... Listen ... 670

19.8 ... Umgang mit Fehlern (Exceptions) ... 673

19.9 ... Funktionen ... 679

19.10 ... Objektorientiertes Programmieren ... 689

19.11 ... Systemfunktionen ... 701



20. Python-Programmierung ... 705


20.1 ... GPIO-Zugriff mit RPi.GPIO ... 705

20.2 ... GPIO-Zugriff mit gpiozero ... 712

20.3 ... Reset/Shutdown-Taste ... 716

20.4 ... Kamera ... 718

20.5 ... Dateien bei Dropbox hochladen ... 722

20.6 ... E-Mails versenden ... 726

20.7 ... Textdateien lesen und schreiben ... 728

20.8 ... Grafikprogrammierung ... 733

20.9 ... Grafische Benutzeroberflächen mit tkinter ... 740



21. bash-Programmierung ... 753


21.1 ... Einführung ... 753

21.2 ... Variablen ... 757

21.3 ... Schleifen, Bedingungen und Funktionen ... 763

21.4 ... WiringPi ... 773

21.5 ... Das raspi-gpio-Kommando ... 779



22. C-Programmierung ... 781


22.1 ... Hello World! ... 781

22.2 ... GPIO-Steuerung mit C ... 785



23. Java-Programmierung ... 789


23.1 ... Erste Schritte ... 789

23.2 ... GPIO-Steuerung mit Java ... 791



24. PHP-Programmierung ... 797


24.1 ... Apache installieren und konfigurieren ... 798

24.2 ... Webverzeichnisse einrichten und absichern ... 800

24.3 ... HTTPS ... 807

24.4 ... PHP installieren und konfigurieren ... 808

24.5 ... MySQL installieren und administrieren ... 810

24.6 ... Hello World! in PHP ... 815

24.7 ... GPIO-Steuerung mit PHP ... 817

24.8 ... Kamerafunktionen mit PHP nutzen ... 822



25. Mathematica und die Wolfram Language ... 827


25.1 ... Arbeiten mit Mathematica ... 827

25.2 ... Programmieren mit der Wolfram Language ... 834

25.3 ... Grafische Darstellung von Temperaturdaten ... 841




TEIL V Projekte ... 845



26. Der Raspberry Pi im Vogelhaus ... 847


26.1 ... Einbau des Raspberry Pi samt Kameramodul in ein Vogelhaus ... 847

26.2 ... Kamerapraxis ... 850

26.3 ... Bewegungserkennung mit motion ... 853

26.4 ... Das Vogelhaus im praktischen Einsatz ... 857



27. Zeitmessung mit Lichtschranken ... 861


27.1 ... Versuchsaufbau (Hardware) ... 861

27.2 ... Software ... 864



28. Das autonome Auto ... 867


28.1 ... Hardware ... 867

28.2 ... Die Software ... 876



29. RFID-Türöffner mit Zutrittskontrolle ... 879


29.1 ... RFID-Hardware ... 880

29.2 ... Software ... 883

29.3 ... Erweiterungsmöglichkeiten und Tipps ... 889



30. SnackPi -- Abnehmen für Nerds ... 891


30.1 ... Übersicht ... 891

30.2 ... Hardware ... 896

30.3 ... Software ... 898

30.4 ... Anmerkungen und Hinweise ... 909



31. Stromzähler auslesen ... 911


31.1 ... Stromzähler-Grundlagen ... 911

31.2 ... Einführung in RRDtool ... 915

31.3 ... Zählerdaten speichern und zu Graphen aufbereiten ... 920



32. Hausautomation mit Netzwerksteckdosen ... 923


32.1 ... Einführung ... 923

32.2 ... Programmierung ... 925



33. Hausautomation mit 433-MHz-Funktechnologie ... 937


33.1 ... Hardware-Grundlagen ... 937

33.2 ... Software und Steuerungsbeispiele ... 940



34. Ort und Zeit per GPS empfangen ... 949


34.1 ... Haben Sie Zeit? Eine Uhr für den Raspberry Pi ... 949

34.2 ... Ortsbestimmung mit dem Raspberry Pi ... 957



35. Der Raspberry Pi lernt twittern ... 963


35.1 ... Voraussetzungen ... 963

35.2 ... Programmierung ... 965



36. Raspberry Pi-ratensender ... 971


36.1 ... FM-Transmitter einrichten ... 971



37. Gewitter erkennen mit dem Blitzsensor ... 973


38. Klingel-Pi -- Der Türglockenverstärker ... 981


38.1 ... Geräuschsensor anschließen und auswerten ... 981



39. WLAN- und Tor-Router ... 985


39.1 ... Einführung ... 985

39.2 ... WLAN-Access-Point ... 988

39.3 ... WLAN-Router ... 994

39.4 ... Tor-Router ... 1002



40. AirPrint-Drucker selbst gemacht ... 1009


40.1 ... Voraussetzungen ... 1009

40.2 ... AirPrint-Konfiguration ... 1014



41. DLNA-Server ... 1017


41.1 ... Raspbian-Installation auf große SD-Karten ... 1018

41.2 ... ReadyMedia alias miniDLNA ... 1021

41.3 ... Read-only-Konfiguration ... 1022

41.4 ... Praxis ... 1026



42. Luftraumüberwachung ... 1027


42.1 ... Technischer Hintergrund und Hardware ... 1027

42.2 ... Software ... 1028



43. Die Servokamera ... 1033


43.1 ... Die Hardware ... 1034

43.2 ... Die Python-Software ... 1034

43.3 ... Die Streaming-Software ... 1036

43.4 ... Die Weboberfläche ... 1038

43.5 ... Inbetriebnahme ... 1039



44. PomodoPi ... 1041


44.1 ... Der Bodenfeuchtigkeitssensor ... 1041

44.2 ... Die Blumenampel ... 1048

44.3 ... Die automatische Bewässerung ... 1049

44.4 ... Photosynthese sichtbar machen ... 1054



45. Wassermelder mit Handyalarm ... 1057


45.1 ... Hardware ... 1057

45.2 ... Pushbullet ... 1059



46. Dicke Luft -- Feinstaubmessung und Innenluftqualität ... 1063


46.1 ... Was ist Feinstaub? ... 1063

46.2 ... Welcher Sensor kann PM10 und PM2.5 messen und wie funktioniert das? ... 1064

46.3 ... Anschauliche Grafiken im Web mit SparkFun ... 1068

46.4 ... Luftqualitätssensor für den Innenraum ... 1072



Index ... 1075