何時何種情況下使用Raspberry Pi？

在讓大眾自由掌控 PC 強大功能的革命中，Raspberry Pi 是核心，為我們提供了一個具有廣泛生態(tài)支持的易用型平臺。雖然該平臺直觀易用，但工程師和初學者依舊可以受益于使用過 Pi 的用戶提供的一些小技巧。

“需要知道的 10 件事”不會盡述所有內(nèi)容，在線交流論壇將就此提供持續(xù)支持。這些有價值的信息可能無法在任何指南或教程中找到，但它們是來之不易的經(jīng)驗總結(jié)。這包括選擇和格式化 SD 卡、選擇 Raspberry Pi 的電源、選擇正確的 Wi-Fi 適配器、編程技巧、系統(tǒng)凍結(jié)時的操作說明以及如何正確為其供電以免受破壞等方面的意見和建議。

快速瀏覽這些小技巧，能大幅提升 Raspberry Pi 的首次使用體驗，并充分感受單板計算機平臺的強大功能。

1： 何時、何種情況下使用 Raspberry Pi

Raspberry Pi 的價格、性能和背后的支持社區(qū)，讓您在開始所有可能的任務時就幾乎無法拒絕該產(chǎn)品。本質(zhì)上說，Raspberry Pi 是個人計算機。以Raspberry Pi Foundation的Raspberry Pi 3Model B 為例，此產(chǎn)品基于高達 1.2 GHz 的 ARM? Cortex?-A53。并搭配 1 GB RAM、802.11n 無線局域網(wǎng)、藍牙 4.1 和低功耗藍牙、4 個 USB 端口，40 個 GPIO 引腳、完整的 HDMI 端口、以太網(wǎng)、3.5 mm 音頻插孔和攝像頭及顯示器接口。

圖 1： Raspberry Pi Foundation 的 Raspberry Pi 3 Model B 基于高達 1.2 GHz 的 ARM Cortex-A53，并具有 1 GB 內(nèi)存和 802.11n 無線局域網(wǎng)連接。（圖片來源： Raspberry Pi Foundation）

從讀取溫度傳感器、控制電機和活塞的機電一體化系統(tǒng)，到作為完整功能計算機，該產(chǎn)品幾乎無所不能，還可以執(zhí)行一些有趣的項目包括視頻處理、機器人和遠程 3D 打印機控制。

2： 開始運行 Raspberry Pi

Raspberry Pi 旨在運行操作系統(tǒng)，而不僅僅是在裸機上編寫代碼。最常見的操作系統(tǒng)是一種名為 Raspbian（Raspberry 和 Debian 的混成詞）的專用 Linux 版本風格。當然也可以運行其他操作系統(tǒng)，但初學者應堅持使用 Raspbian。

Raspberry Pi 作為獨立計算機使用時，將需要所有傳統(tǒng)外設，包括鼠標、鍵盤、SD 卡（Class 10，至少 8 GB，如Apacer Memory America的AP8GMCSH10U1-B）和監(jiān)視器。

需要一個外部 SD 卡讀卡器，以便先將 Pi 映像從單獨計算機復制到 SD 卡上。映像復制到 SD 卡后，所有其他作業(yè)都可以在 Pi 上完成。一款很好的 SD 卡讀卡器是Assmann WSW Components 的DA-70310-2USB 2.0 讀卡器，該讀卡器適用于幾乎所有主流存儲卡格式。

要格式化 SD 卡，請通過 Raspberry Pi 網(wǎng)頁上的鏈接獲取 SD Association 的 SD CardFormatter 軟件。僅使用經(jīng)驗證的軟件來確保將 NOOBS 成功安裝到 SD 卡上?；蛘哔徺I預裝 NOOBS 的 SD 卡，例如Raspberry Pi NOOBS 16 GB卡。

選擇無線鍵盤和鼠標（如Adafruit 的1738），可以空出 USB 端口，避免電纜纏繞?；蛘呤褂猛?USB 2.0 集線器，如Tripp Lite 的4 端口U22-004-RA。實際上，更推薦 4 端口通電集線器，因為可以降低 Pi 的電源需求。

如果打算通過 SSH 遠程連接到 Pi，或者與觸摸屏配合使用，則用戶不再需要鼠標、鍵盤和監(jiān)視器（參見技巧 9）。

另外，除非監(jiān)視器具有 HDMI 輸入端，否則需要使用一個適配器將 Pi 的 HDMI 端口和監(jiān)視器的輸入端連接起來。例如，將 HDMI 橋接到帶 DVI-D 端口的監(jiān)視器時，可使用CnC Tech 的741-20010-00300（圖2）。

圖 2： 可能需要適配器將 Raspberry Pi 的 HDMI 輸出連接到監(jiān)視器，例如 CnC Tech 的 741-20010-00300HDMI 19 針轉(zhuǎn) DVI-D 19 針公頭適配器。（圖片來源： CnC Tech）

之后，將 Pi 嵌入到系統(tǒng)或項目中時，這些外設可能會放在一邊。

3： 獲得適當?shù)碾娫?/h2>

請勿通過電腦的 USB 端口為 Raspberry Pi 供電，因為它們沒有防止 SD 卡損壞、Raspberry Pi 凍結(jié)和其他零星問題等電源相關問題所需的供電能力盈余。通常，2 安培電源已能夠滿足 Raspberry Pi 3 的需求，但推薦使用 2.5 安培的電源。

很多高電流電源帶有一個管狀公頭輸出連接器。使用 Adafruit 的2727插孔轉(zhuǎn) Micro USB A 插頭電纜適配器，配合任意 5 V、中心正極 5.5 x 2.1 mm柱式電源，將其配接至 Raspberry Pi 3（圖 3）。

圖 3： 要按照 2.5 A 推薦值為 Raspberry Pi 供電，應將 Adafruit 的 2727 插孔轉(zhuǎn) Micro USB A 電纜適配器與任意 5 V、中心正極 5.5×2.1 mm 柱式電源結(jié)合使用。（圖片來源：Adafruit）

Raspberry Pi 自身并不需要使用全部電流。使用具有足夠額外負載能力的電源，旨在確保其他電子元件和配件連接到電路板時，輸入電壓不會下降?；诖耍覀儊砹私庖幌乱话汶娫匆?。

根據(jù)型號，Raspberry Pi 在空閑模式下消耗大約 100 mA 至 300 mA，每次連續(xù)迭代 Pi 將消耗更多的電流（圖 4）。如果應用需要超低功耗，則在 Raspberry Pi 選擇過程中應考慮這一因素。

Pi1 (B+)Pi2 BPi3 B（安培）Zero（安培）啟動最大值0.260.400.750.20平均值0.220.220.350.15空閑平均值0.200.220.300.10視頻播放 (H.264)最大值0.300.360.550.23平均值0.220.280.330.16應力測試最大值0.350.821.340.35平均值0.320.750.850.23

圖 4： 一些主流 Raspberry Pi 型號電流消耗的比較結(jié)果。（圖片來源： Raspberry Pi Foundation）

請注意，如果 Pi 采用移動工作方式，則可能無法獲得足夠的電流，導致大多數(shù) USB 移動電源因其內(nèi)部電路的設置而無法導通。請使用 Adafruit 的 4000 mAh 型號1565或 10,000 mAh 型號1566電池組，它們已證實可與 Pi 配合使用。

4： 獲取或制作帶有內(nèi)置開/關按鈕的 USB 電纜

Raspberry Pi 沒有板載復位按鈕或電源開關。為了避免每次電路板凍結(jié)并需要復位時拔下和重新插上 USB 電纜，請使用帶有內(nèi)置開/關按鈕的 USB 電纜，例如 Adafruit 的2379。這一需求總結(jié)于不斷的實驗和學習。初學者會不可避免地在學習過程中鎖定系統(tǒng)。使用按鈕比使用電纜和連接器更簡單，可減輕負擔，同時避免不必要的 USB 連接器磨損。

但是，請注意： 一般情況下，切勿默認使用開/關按鈕關閉 Raspberry Pi。直接斷電會損壞 SD 卡，因此請務必按照正確的關機程序進行操作（參見“開關的位置”）。

5： 成功的關鍵：Raspberry Pi 配件板

Raspberry Pi 是功能強大的單板計算機，但也不是萬能的。幸運的是，可利用大量可用的配件板來增強 Pi 的功能。

例如，雖然 Raspberry Pi 沒有用于數(shù)據(jù)采集的板載模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，但有幾種轉(zhuǎn)換器解決方案可供選擇。Seeed Technology專門打造的103990060ADC 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 板就是一個很好的解決方案（圖 5）。

圖 5： Seeed Technology 的 103990060 Raspberry Pi 擴展板為 Raspberry Pi 提供 8 位 ADC 和 DAC 功能。（圖片來源：Seeed Technology）

為 RasPi 配備 ADC 輸入的另一種方法是將此工作交由小型 Arduino 板完成，例如 Adafruit 3.3 伏Trinket。

要做到這一點，首先回顧“開始 Arduino 項目前需要知道的 10 件事”，然后使用簡單草圖對電路板進行編程來采集模擬數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通過串行連接中繼到 Pi。

更方便的方法是，使用可以與 Raspberry Pi 搭配使用的定制 Arduino 板，例如 Seeed 的AlaMode和 DFRobot 的DFR0327擴展板。

需要實時執(zhí)行的任務無疑需要一個配件板，因為 Raspian 不具備此功能。Raspbian/Linux 會根據(jù)需要將 CPU 時間分配給應用程序、Python 代碼和 Raspbian 自身。這種資源重新分配的不可預測性使得無法實現(xiàn)實時執(zhí)行。

6： Wi-Fi 加密狗

將更新和應用程序安裝到 Pi 上的最簡單方法是通過 Wi-Fi 連接互聯(lián)網(wǎng)，Raspberry Pi 3 已內(nèi)置此功能 (802.11n)。但是，其他版本的 Raspberry Pi 沒有 Wi-Fi，因此可能需要購買 Wi-Fi 加密狗。這種情況下，應做必要的研究，以確保其能夠被 Raspbian 操作系統(tǒng)識別。Adafruit 的小型814802.11/b/g/n 模塊是一款很棒且已證實適合 Raspberry Pi 的加密狗（圖 6）。

圖 6： 如果您手上的 Raspberry Pi 板沒有內(nèi)置 Wi-Fi，請研究并找尋合適的加密狗，例如已知可用于 Raspbian 的 Adafruit 814 USB 適配器。（圖片來源：Adafruit）

7： 注意輸出邏輯電平和驅(qū)動能力

Raspberry Pi 使用 3.3 V 邏輯電平。這是一個很小但重要的細節(jié)，往往被忽視。3.3 V 邏輯電平意味著 Pi 可能無法與需要 5 V 邏輯電平的許多器件和配件搭配使用。此外，如果總電流不超過約 50 mA，則每個引腳上的驅(qū)動電流為 16 mA。使用SparkFun的BOB-12009雙向轉(zhuǎn)換器等邏輯電平轉(zhuǎn)換器可輕松解決此問題。

圖 7： SparkFun 的 BOB-12009 將 5 V 信號轉(zhuǎn)換為 Raspberry Pi 所需的 3.3 V。（圖片來源：SparkFun）

8： Python 編程語言

Python 是 Raspbian 的默認編程語言。事實上，Raspbian 映像預先加載了 Python 開發(fā)環(huán)境 IDLE（集成開發(fā)和學習環(huán)境）。對于大多數(shù) Pi 項目，使用 Python 是不可或缺的。

在 Raspbian 中，可以選擇使用 IDLE 2 運行 Python 2 或 IDLE 3 來運行 Python 3。繼續(xù)使用 IDLE 3/Python 3 保持最新狀態(tài)并獲取最新的文檔。

請注意，Python 2 和 3 代碼不能直接互換。目前有很多 Python 2 代碼，所以您可能希望能從 Python 3 返回至Python 2，但是兩者在語法和命名約定方面存在一些差異，不能直接兼容。但是，如果決定更改，可以仔細檢查代碼，進行必要更改以將 Python 2 代碼轉(zhuǎn)換為 Python 3，反之亦然。

開始構(gòu)建 Python 程序的個性化 GUI 的最快方法是使用一組名為 TkInter 的工具，該工具已與 Raspbian 捆綁提供。TkInter 有很多簡短在線教程，可以幫助用戶快速上手。

對于新手編程人員，建議將項目分解為基本構(gòu)建塊。例如，項目涉及到輸出至 LCD，讀取連接到 SPI 的傳感器，以及從三個按鈕獲取用戶輸入。應為每個任務編寫一個單獨的代碼段。一次編寫所有代碼可能會導致錯誤，并加大調(diào)試難度。

9： 屏幕尺寸

編程時請使用大顯示屏，不必使用是位于 Pi 上難以閱讀的 3 英寸小顯示屏。雖然很適合項目的最終定制界面，但最好使用全尺寸顯示器甚至 7 英寸觸摸顯示屏，如 Raspberry Pi Foundation 的8997466LCD（圖 8）。根據(jù)使用的 Raspberry Pi 型號，可能無法通過 DSI 連接器自動檢測該顯示屏。如果 Pi 型號需要手動啟用屏幕，Github文檔中記錄有此程序。

圖 8： 避免使用 3 英寸小顯示器，因為很難閱讀。相反，請選擇全尺寸顯示器或 Raspberry Pi Foundation 的 7 英寸 8997466 液晶顯示器。（圖片來源： Raspberry Pi Foundation）

也就是說，全尺寸顯示器是首選項。此外，插入 DSI 或 HDMI 端口的顯示屏比通過通用 I/O 端口控制的顯示屏快得多。

10： 小技巧和補救措施

• 您可能希望使用大于 32 GB 的 SD 卡。這種情況下，請確保將卡格式化為 FAT32 文件系統(tǒng)。Raspberry Pi 只能讀取 FAT32 卷。

• 確保 SD 卡與 Raspberry Pi 兼容。

• 如果卡在命令行，運行命令“sudo start x”啟動 GUI。

• Raspberry Pi GPIO 引腳未標記。為避免混淆，請獲取GPIO 參考，如 Seeed 提供的這一個引腳參考。

圖 9： 使用手邊的引腳參考來識別 Raspberry Pi GPIO 引腳。（圖片來源： Seeed Technology）

• 不要通過 GPIO 引腳為 Raspberry Pi 供電。雖然可以實現(xiàn)供電，但這意味著繞過板載保險絲。保險絲是自復位的，可以根據(jù)需要更換。如果電源通過 GPIO 供電，發(fā)出爆裂聲時，很可能 Pi 已經(jīng)損壞。

圖 10： 如果用戶選擇通過 GPIO 供電，則將繞過 Raspberry Pi 3 板載自復位保險絲（紅色箭頭）。這會使板面臨風險。（圖片來源：Digi-Key Electronics）

如果使用 Raspberry Pi 進行開發(fā)時，請備份所有文件。SD 卡上的映像有可能在某些時候遭到破壞，從而使數(shù)據(jù)不可恢復。使用 USB 閃存盤作為文件存儲庫來徹底規(guī)避風險，例如Apacer 的APHA016G2BACG-DTM16 GB USB 驅(qū)動器。

圖 11： 將文件保存到USB 驅(qū)動器，以在 Raspberry Pi 的文件系統(tǒng)損壞時保護文件。（圖片來源： Apacer Memory America）

總結(jié)

Raspberry Pi 以強大、易于使用和良好的支持而聞名。該產(chǎn)品是構(gòu)建專業(yè)應用程序或有趣項目的絕佳基礎。不管您的知識背景和技能水平如何，這些技巧將縮短學習曲線，加快上市時間，使整個過程更有成效。