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本書主要介紹樹莓派不同類型的特性，以及樹莓派入門所需要的基礎(chǔ)知識(shí)；涵蓋了樹莓派GPIO 的不同操作方法，以及樹莓派的I2C總線、SPI總線、UART串口、PWM脈寬調(diào)制等偏硬件操作的內(nèi)容；同時(shí)也為讀者準(zhǔn)備了一些樹莓派上常見的服務(wù)類型的搭建和配置，包括樹莓派推流服務(wù)器搭建的方法，常見數(shù)據(jù)庫MariaDB、PostgreSQL的安裝配置操作，MQTT服務(wù)器的搭建配置，DHCP服務(wù)器的搭建配置等。此外，還加入了一些比較有趣的實(shí)驗(yàn)，例如利用TensorFlow實(shí)現(xiàn)對(duì)象檢測(cè)，使用OpenCV制作一個(gè)樹莓派掃描儀，或利用OpenCV實(shí)現(xiàn)換鼻子的實(shí)驗(yàn)，帶領(lǐng)讀者了解樹莓派通過攝像頭能夠?qū)崿F(xiàn) 的一些應(yīng)用。本書為初學(xué)者全面入門了解樹莓派提供了很好的切入點(diǎn)，使讀者可以了解更多樹莓派的使用方法以及操作小技巧。同時(shí)，在整體的編程過程中使用了C語言、Python語言及Shell腳本語言等常見語言，對(duì)于擁有此類語言編程經(jīng)驗(yàn)的用戶更友好。希望讀者能夠在這里找到自己喜歡的實(shí)驗(yàn)，并順利入門樹莓派！

自從2012年開始接觸樹莓派以來，我的工作和生活中一直有樹莓派的影子，公司的公眾號(hào)、我個(gè)人的公眾號(hào)上都在不斷地進(jìn)行著和樹莓派有關(guān)的各種嘗試，也因此結(jié)識(shí)了很多喜歡樹莓派的小伙伴，大家在一次次的交流和相互學(xué)習(xí)中不斷進(jìn)步，不僅鞏固了Linux系統(tǒng)的基本功，也學(xué)習(xí)到了很多嵌入式開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，以及樹莓派上通過Python開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。也是機(jī)緣巧合，遇到了清華大學(xué)出版社的楊迪娜老師，萌生了編寫一本樹莓派入門圖書的想法，也是本書誕生的契機(jī)。
本書主要介紹樹莓派不同類型的特性，以及樹莓派入門所需要的基礎(chǔ)知識(shí)；涵蓋了樹莓派GPIO的不同操作方法，以及樹莓派的I2C總線、SPI總線、UART串口、PWM脈寬調(diào)制等偏硬件操作的內(nèi)容；同時(shí)也為讀者準(zhǔn)備了一些樹莓派上常見的服務(wù)類型的搭建和配置，包括樹莓派推流服務(wù)器搭建的方法，常見數(shù)據(jù)庫MariaDB、PostgreSQL的安裝配置操作，MQTT服務(wù)器的搭建配置，DHCP服務(wù)器的搭建配置等。此外，還加入了一些比較有趣的實(shí)驗(yàn)，例如利用TensorFlow實(shí)現(xiàn)對(duì)象檢測(cè)，使用OpenCV制作一個(gè)樹莓派掃描儀，或利用OpenCV實(shí)現(xiàn)換鼻子的實(shí)驗(yàn)，帶領(lǐng)讀者了解樹莓派通過攝像頭能夠?qū)崿F(xiàn)的一些應(yīng)用。
經(jīng)過和身邊朋友的不斷交流總結(jié)，我編寫了本書，旨在引導(dǎo)讀者入門并對(duì)樹莓派應(yīng)用產(chǎn)生興趣。由于時(shí)間倉促，很多想法和創(chuàng)意尚未來得及編排，若有緣再續(xù)。
書中疏漏之處，希望各位讀者不吝賜教，多多批評(píng)指正，讓本書能夠造福更多愛好者。
作者
2022年6月
前言

第1章樹莓派簡(jiǎn)介 1
引言1
1.1 樹莓派是什么？ 1
1.2 樹莓派周邊配件 11
1.3 樹莓派能做什么？ 12
第2章樹莓派入門基礎(chǔ)知識(shí) 21
2.1 系統(tǒng)選型 21
2.2 新系統(tǒng)下載及燒錄 23
2.3 恢復(fù)卡制作的操作步驟 24
2.3.1 方法124
2.3.2 方法224
2.4 燒錄系統(tǒng) 24
2.5 初始化系統(tǒng) 29
第3章樹莓派GPIO的使用 46
3.1 GPIO的概念及相關(guān)庫的使用方法 46
3.2 樹莓派上使用wiringPi庫 47
3.3 如何利用wiringPi優(yōu)雅地點(diǎn)亮一個(gè)
LED燈 51
3.3.1 硬件材料準(zhǔn)備51
3.3.2 接線方式51
3.3.3 編寫代碼測(cè)試52
3.4 玩轉(zhuǎn)流水燈和游俠燈 58
3.4.1 流水燈58
3.4.2 游俠燈59
第4章樹莓派中I2C功能的使用 61
4.1 I2C的概念 61
4.2 I2C實(shí)戰(zhàn)小項(xiàng)目 62
4.2.1 接線方式62
4.2.2 啟用I2C配置 63
目錄
IV 樹莓派4 與人工智能實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目
4.2.3 檢測(cè)Slave設(shè)備狀態(tài) 65
4.2.4 查詢寄存器表并簡(jiǎn)單測(cè)試65
4.2.5 編寫C語言測(cè)試代碼 66
4.2.6 編寫Python代碼進(jìn)行測(cè)試 68
4.2.7 關(guān)于Python中的I2C函數(shù) 69
4.3 使用I2C協(xié)議的其他應(yīng)用 70
4.3.1 點(diǎn)亮LCD1602液晶屏顯示樹莓派
的IP地址 70
4.3.2 利用OLED展示樹莓派磁盤狀態(tài)
信息83
第5章樹莓派SPI介紹及應(yīng)用實(shí)例 88
5.1 SPI協(xié)議簡(jiǎn)介 88
5.1.1 SPI協(xié)議概述 88
5.1.2 SPI的優(yōu)缺點(diǎn) 88
5.1.3 采用主-從模式（Master-Slave）的
控制方式89
5.2 樹莓派SPI概述 89
5.2.1 引腳和GPIO映射 89
5.2.2 關(guān)于SPI的速度 90
5.3 樹莓派上啟用SPI功能 90
5.3.1 通過raspi-config工具 91
5.3.2 通過編輯/boot/config.txt文件 93
5.3.3 通過圖形界面93
5.4 樹莓派SPI應(yīng)用實(shí)例 95
5.4.1 檢查SPI設(shè)備狀態(tài) 95
5.4.2 準(zhǔn)備SPI外設(shè)并接入樹莓派 95
5.4.3 安裝Python庫文件 96
5.4.4 編寫定制的測(cè)試代碼并進(jìn)行測(cè)試 97
5.5 讓樹莓派變身為一個(gè)環(huán)境檢測(cè)站 101
5.5.1 BME280模塊介紹 102
5.5.2 接線方式103
5.5.3 編寫代碼獲取數(shù)據(jù)103
5.5.4 總結(jié)112
第6章樹莓派UART串口介紹及應(yīng)用實(shí)例 113
6.1 UART簡(jiǎn)介 113
6.2 樹莓派串口說明 114
6.3 在樹莓派上配置啟用UART 115
6.4 在樹莓派上進(jìn)行串口通信 120
6.4.1 使用Python 語言實(shí)現(xiàn)串口
通信 120
6.4.2 通過C語言實(shí)現(xiàn)串口通信 123
6.4.3 拓展實(shí)例124
6.5 關(guān)于樹莓派串口別名及切換
硬件串口 126
6.5.1 串口別名126
6.5.2 更換串口端口127
6.6 總結(jié) 128
第7章樹莓派PWM介紹及應(yīng)用實(shí)例 129
引言 129 7.1 PWM控制原理 129
目錄 V
7.2 樹莓派PWM通道信息 130
7.3 wiringPi庫的PWM接口介紹 131
7.3.1 硬件PWM 131
7.3.2 軟件PWM 132
7.3.3 軟件PWM注意事項(xiàng) 133
7.4 PWM應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn) 134
7.4.1 呼吸燈效果134
7.4.2 舵機(jī)控制138
第8章樹莓派開源網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)例 144
引言 144
8.1 樹莓派搭建RTMP流媒體服務(wù)器 145
8.1.1 安裝Nginx及模塊145
8.1.2 啟用RTMP 148
8.1.3 客戶端連接測(cè)試151
8.2 樹莓派搭建Samba文件服務(wù)器 156
8.2.1 什么是Samba文件服務(wù)器 156
8.2.2 需要準(zhǔn)備的設(shè)備156
8.2.3 安裝配置Samba服務(wù)器 157
8.3 樹莓派搭建NFS文件服務(wù)器 163
8.3.1 什么是NFS文件服務(wù)器 163
8.3.2 需要的設(shè)備163
8.3.3 安裝配置NFS文件系統(tǒng) 163
8.4 樹莓派搭建日志服務(wù)器 169
8.4.1 什么是日志服務(wù)器169
8.4.2 需要的硬件170
8.4.3 安裝rsyslog服務(wù) 170
8.4.4 配置rsyslog作為服務(wù)器 170
8.4.5 創(chuàng)建新模板171
8.4.6 重啟服務(wù)并測(cè)試172
8.5 樹莓派搭建MariaDB數(shù)據(jù)庫
服務(wù)器 175
8.5.1 什么是MariaDB 175
8.5.2 MariaDB 和 MySQL 的區(qū)別 175
8.5.3 安裝MariaDB 176
8.5.4 配置MariaDB 176
8.5.5 創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫178
8.5.6 添加一張表179
8.5.7 插入幾條記錄180
8.6 樹莓派搭建PostgreSQL數(shù)據(jù)
庫服務(wù)器 182
8.6.1 什么是PostgreSQL數(shù)據(jù)庫 182
8.6.2 安裝PostgreSQL 182
8.6.3 配置PostgreSQL 182
8.6.4 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫183
8.6.5 常見控制臺(tái)命令184
8.6.6 基本SQL語句 185
8.7 樹莓派搭建Mosquitto MQTT
服務(wù)器 186
8.7.1 什么是MQTT服務(wù)器 186
8.7.2 安裝Mosquitto 服務(wù)器 187
8.7.3 檢測(cè)服務(wù)器狀態(tài)187
8.7.4 在樹莓派上測(cè)試Mosquitto代理 187
8.7.5 多主機(jī)測(cè)試189
8.7.6 嘗試使用Python的paho-mqtt庫 190
8.8 樹莓派搭建DHCP服務(wù)器 193
8.8.1 什么是DHCP服務(wù)器 193
8.8.2 測(cè)試環(huán)境193
8.8.3 配置1號(hào)主機(jī)DHCP服務(wù) 194
8.8.4 修改DHCP服務(wù)的配置 194
VI 樹莓派4 與人工智能實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目
8.8.5 重啟服務(wù)以生效配置195
8.8.6 開啟路由轉(zhuǎn)發(fā)195
8.8.7 配置IPtables實(shí)現(xiàn)流量路由 196
8.8.8 注意事項(xiàng)196
8.9 總結(jié) 197
第9章樹莓派上利用TensorFlow實(shí)現(xiàn)對(duì)象檢測(cè) 198
引言 198
9.1 軟硬件環(huán)境介紹 198
9.1.1 硬件準(zhǔn)備198
9.1.2 軟件準(zhǔn)備199
9.2 操作步驟 199
9.2.1 更新系統(tǒng)及軟件倉庫 199
9.2.2 創(chuàng)建TensorFlow的工作目錄 199
9.2.3 安裝TensorFlow的Python庫和部分
依賴200
9.2.4 安裝OpenCV視覺框架 200
9.2.5 編譯安裝Protobuf組件201
9.2.6 重啟系統(tǒng)203
9.2.7 重新登錄系統(tǒng)并設(shè)置TensorFlow
目錄結(jié)構(gòu) 203
9.2.8 下載TensorFlow模型 204
9.2.9 修改用戶初始化配置文件204
9.2.10 利用protoc編譯Protocol Buffer
文件 204
9.2.11 下載ssdlite_mobilenet_v2_coco
模型205
9.3 對(duì)象檢測(cè)測(cè)試 205
9.3.1 在樹莓派上啟用攝像頭205
9.3.2 下載檢測(cè)腳本205
9.3.3 接入攝像頭206
9.3.4 執(zhí)行腳本并進(jìn)行檢測(cè)206
9.4 總結(jié) 208
第10章樹莓派掃描儀樹莓派 OpenCV 209
引言 209
10.1 原理 209
10.2 硬件準(zhǔn)備 210
10.3 軟件準(zhǔn)備 211
10.3.1 軟件包版本信息211
10.3.2 查看軟件版本的方法211
10.4 配置環(huán)境 212
10.4.1 檢查網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)212
10.4.2 更新軟件倉庫并安裝軟件212
10.4.3 創(chuàng)建并激活虛擬環(huán)境 213
10.4.4 啟用攝像頭213
10.5 代碼調(diào)試 215
10.6 應(yīng)用拓展 219
10.7 總結(jié) 221
第11章 AI換鼻子樹莓派 OpenCV 222
引言 222 11.1 AI換鼻子的原理 223
目錄 VII
11.2 硬件需求 223
11.3 軟件需求 223
11.3.1 Raspbian操作系統(tǒng) 223
11.3.2 Python3 環(huán)境 224
11.3.3 virtualenv環(huán)境 225
11.3.4 dlib庫 226
11.3.5 shape_predictor工具和get_frontal_
face_detector函數(shù) 226
11.3.6 預(yù)測(cè)模型庫下載 228
11.4 操作步驟 228
11.4.1 燒錄鏡像，啟動(dòng)并完成初始化
配置228
11.4.2 啟動(dòng)樹莓派232
11.4.3 接入攝像頭236
11.4.4 系統(tǒng)初始化環(huán)境調(diào)試237
11.4.5 樹莓派攝像頭測(cè)試239
11.4.6 編寫代碼239
11.5 開挖腦洞，發(fā)散思維 262
11.6 總結(jié) 262
第12章樹莓派通過U盤啟動(dòng)系統(tǒng) 263
引言 263
12.1 硬件需求 263
12.2 前期準(zhǔn)備 264
12.3 更新升級(jí)系統(tǒng) 264
12.4 更新bootloader 264
12.5 檢查啟動(dòng)選項(xiàng) 265
12.6 無卡啟動(dòng)測(cè)試 268
12.7 制作USB啟動(dòng)盤 268

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