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Raspberry Pi

O Raspberry Pi é um computador de placa única. Você pode adicionar sensores e atuadores usando uma ampla variedade de dispositivos e ecossistemas. Para estas lições, utilizaremos um ecossistema de hardware chamado Grove. Você programará seu Pi e acessará os sensores Grove usando Python.

Configuração

Se você estiver usando um Raspberry Pi como seu hardware IoT, tem duas opções: pode trabalhar diretamente no Pi para realizar todas as lições e programar, ou pode se conectar remotamente a um Pi 'headless' (sem monitor, teclado ou mouse) e programar a partir do seu computador.

Antes de começar, você também precisará conectar o Grove Base Hat ao seu Pi.

Tarefa - configuração

Instale o Grove Base Hat no seu Pi e configure o Pi.

Conecte o Grove Base Hat ao seu Pi. O soquete do hat se encaixa sobre todos os pinos GPIO do Pi, deslizando até o final para fixar-se firmemente na base. Ele ficará sobre o Pi, cobrindo-o.
Decida como deseja programar seu Pi e vá para a seção correspondente abaixo:
- Trabalhar diretamente no seu Pi
- Acesso remoto para programar o Pi

Trabalhar diretamente no seu Pi

Se você deseja trabalhar diretamente no seu Pi, pode usar a versão desktop do Raspberry Pi OS e instalar todas as ferramentas necessárias.

Tarefa - trabalhar diretamente no seu Pi

Configure seu Pi para desenvolvimento.

Siga as instruções no guia de configuração do Raspberry Pi para configurar seu Pi, conectá-lo a um teclado/mouse/monitor, conectá-lo à sua rede Wi-Fi ou Ethernet e atualizar o software.

Para programar o Pi usando os sensores e atuadores Grove, você precisará instalar um editor para escrever o código do dispositivo, além de várias bibliotecas e ferramentas que interagem com o hardware Grove.

Após o reinício do seu Pi, abra o Terminal clicando no ícone Terminal na barra de menu superior ou escolha Menu -> Acessórios -> Terminal.
Execute o seguinte comando para garantir que o sistema operacional e o software instalado estejam atualizados:
```
sudo apt update && sudo apt full-upgrade --yes
```
Execute os seguintes comandos para instalar todas as bibliotecas necessárias para o hardware Grove:
```
sudo apt install git python3-dev python3-pip --yes

git clone https://github.com/Seeed-Studio/grove.py
cd grove.py
sudo pip3 install .

sudo raspi-config nonint do_i2c 0
```
Isso começa instalando o Git, junto com o Pip para instalar pacotes Python.

Uma das características mais poderosas do Python é a capacidade de instalar pacotes Pip - pacotes de código escritos por outras pessoas e publicados na Internet. Você pode instalar um pacote Pip no seu computador com um único comando e usá-lo no seu código.

Os pacotes Python do Seeed Grove precisam ser instalados a partir do código-fonte. Esses comandos clonarão o repositório contendo o código-fonte desse pacote e o instalarão localmente.

💁 Por padrão, quando você instala um pacote, ele fica disponível em todo o computador, o que pode causar problemas com versões de pacotes - como uma aplicação depender de uma versão específica que pode ser quebrada ao instalar uma nova versão para outra aplicação. Para contornar esse problema, você pode usar um ambiente virtual Python, essencialmente uma cópia do Python em uma pasta dedicada, onde os pacotes Pip são instalados apenas nessa pasta. No entanto, você não usará ambientes virtuais ao trabalhar com o Pi. O script de instalação do Grove instala os pacotes Python do Grove globalmente, então, para usar um ambiente virtual, seria necessário configurá-lo e reinstalar manualmente os pacotes do Grove dentro dele. É mais fácil usar pacotes globais, especialmente porque muitos desenvolvedores de Pi preferem regravar um cartão SD limpo para cada projeto.

Por fim, isso habilita a interface I²C.
Reinicie o Pi usando o menu ou executando o seguinte comando no Terminal:
```
sudo reboot
```
Após o reinício do Pi, abra novamente o Terminal e execute o seguinte comando para instalar o Visual Studio Code (VS Code) - este será o editor usado para escrever o código do dispositivo em Python.
```
sudo apt install code
```
Após a instalação, o VS Code estará disponível no menu superior.

💁 Você é livre para usar qualquer IDE ou editor Python de sua preferência para estas lições, mas as instruções serão baseadas no uso do VS Code.
Instale o Pylance. Esta é uma extensão para o VS Code que fornece suporte à linguagem Python. Consulte a documentação da extensão Pylance para obter instruções sobre como instalar esta extensão no VS Code.

Acesso remoto para programar o Pi

Em vez de programar diretamente no Pi, ele pode ser executado no modo 'headless', ou seja, sem estar conectado a um teclado/mouse/monitor. Você pode configurá-lo e programá-lo a partir do seu computador usando o Visual Studio Code.

Configurar o sistema operacional do Pi

Para programar remotamente, o sistema operacional do Pi precisa ser instalado em um cartão SD.

Tarefa - configurar o sistema operacional do Pi

Configure o sistema operacional do Pi no modo headless.

Baixe o Raspberry Pi Imager na página de software do Raspberry Pi OS e instale-o.
Insira um cartão SD no seu computador, usando um adaptador, se necessário.
Abra o Raspberry Pi Imager.
No Raspberry Pi Imager, selecione o botão CHOOSE OS, depois escolha Raspberry Pi OS (Other) e, em seguida, Raspberry Pi OS Lite (32-bit).

💁 O Raspberry Pi OS Lite é uma versão do sistema operacional que não possui interface gráfica ou ferramentas baseadas em UI. Isso não é necessário para um Pi headless e torna a instalação menor e o tempo de inicialização mais rápido.
Selecione o botão CHOOSE STORAGE e escolha seu cartão SD.
Abra as Opções Avançadas pressionando Ctrl+Shift+X. Essas opções permitem pré-configurar o sistema operacional do Raspberry Pi antes de gravá-lo no cartão SD.
1. Marque a caixa Enable SSH e defina uma senha para o usuário pi. Esta será a senha usada para fazer login no Pi mais tarde.
2. Se você planeja conectar o Pi via Wi-Fi, marque a caixa Configure WiFi e insira o SSID e a senha da sua rede Wi-Fi, além de selecionar seu país de Wi-Fi. Não é necessário fazer isso se você usar um cabo Ethernet. Certifique-se de que a rede à qual você se conecta seja a mesma do seu computador.
3. Marque a caixa Set locale settings e configure seu país e fuso horário.
4. Selecione o botão SAVE.
Clique no botão WRITE para gravar o sistema operacional no cartão SD. Se estiver usando macOS, será solicitado que você insira sua senha, pois a ferramenta subjacente que grava imagens de disco precisa de acesso privilegiado.

O sistema operacional será gravado no cartão SD e, ao finalizar, o cartão será ejetado pelo sistema operacional, e você será notificado. Remova o cartão SD do computador, insira-o no Pi, ligue o Pi e aguarde cerca de 2 minutos para que ele inicialize corretamente.

Conectar-se ao Pi

O próximo passo é acessar o Pi remotamente. Isso pode ser feito usando ssh, disponível no macOS, Linux e versões recentes do Windows.

Tarefa - conectar-se ao Pi

Acesse o Pi remotamente.

Abra um Terminal ou Prompt de Comando e insira o seguinte comando para conectar-se ao Pi:
```
ssh pi@raspberrypi.local
```
Se você estiver usando uma versão mais antiga do Windows que não possui ssh instalado, pode usar o OpenSSH. As instruções de instalação estão na documentação de instalação do OpenSSH.
Isso deve conectar-se ao seu Pi e solicitar a senha.

A capacidade de encontrar computadores na sua rede usando <hostname>.local é uma adição relativamente recente ao Linux e Windows. Se você estiver usando Linux ou Windows e receber erros sobre o nome do host não encontrado, será necessário instalar software adicional para habilitar o ZeroConf networking (também chamado de Bonjour pela Apple):
1. Se estiver usando Linux, instale o Avahi com o seguinte comando:
```
sudo apt-get install avahi-daemon
```
2. Se estiver usando Windows, a maneira mais fácil de habilitar o ZeroConf é instalar o Bonjour Print Services for Windows. Você também pode instalar o iTunes para Windows para obter uma versão mais recente da ferramenta (que não está disponível separadamente).
💁 Se você não conseguir se conectar usando raspberrypi.local, pode usar o endereço IP do seu Pi. Consulte a documentação de endereço IP do Raspberry Pi para instruções sobre como obter o endereço IP.
Insira a senha que você definiu nas Opções Avançadas do Raspberry Pi Imager.

Configurar software no Pi

Depois de conectado ao Pi, você precisa garantir que o sistema operacional esteja atualizado e instalar várias bibliotecas e ferramentas que interagem com o hardware Grove.

Tarefa - configurar software no Pi

Configure o software instalado no Pi e instale as bibliotecas Grove.

A partir da sua sessão ssh, execute o seguinte comando para atualizar e reiniciar o Pi:
```
sudo apt update && sudo apt full-upgrade --yes && sudo reboot
```
O Pi será atualizado e reiniciado. A sessão ssh será encerrada quando o Pi for reiniciado, então aguarde cerca de 30 segundos e reconecte-se.
Na sessão ssh reconectada, execute os seguintes comandos para instalar todas as bibliotecas necessárias para o hardware Grove:
```
sudo apt install git python3-dev python3-pip --yes

git clone https://github.com/Seeed-Studio/grove.py
cd grove.py
sudo pip3 install .

sudo raspi-config nonint do_i2c 0
```
Isso começa instalando o Git, junto com o Pip para instalar pacotes Python.

Uma das características mais poderosas do Python é a capacidade de instalar pacotes Pip - pacotes de código escritos por outras pessoas e publicados na Internet. Você pode instalar um pacote Pip no seu computador com um único comando e usá-lo no seu código.

Os pacotes Python do Seeed Grove precisam ser instalados a partir do código-fonte. Esses comandos clonarão o repositório contendo o código-fonte desse pacote e o instalarão localmente.

💁 Por padrão, quando você instala um pacote, ele fica disponível em todo o computador, o que pode causar problemas com versões de pacotes - como uma aplicação depender de uma versão específica que pode ser quebrada ao instalar uma nova versão para outra aplicação. Para contornar esse problema, você pode usar um ambiente virtual Python, essencialmente uma cópia do Python em uma pasta dedicada, onde os pacotes Pip são instalados apenas nessa pasta. No entanto, você não usará ambientes virtuais ao trabalhar com o Pi. O script de instalação do Grove instala os pacotes Python do Grove globalmente, então, para usar um ambiente virtual, seria necessário configurá-lo e reinstalar manualmente os pacotes do Grove dentro dele. É mais fácil usar pacotes globais, especialmente porque muitos desenvolvedores de Pi preferem regravar um cartão SD limpo para cada projeto.

Por fim, isso habilita a interface I²C.
Reinicie o Pi executando o seguinte comando:
```
sudo reboot
```
A sessão ssh será encerrada quando o Pi for reiniciado. Não é necessário reconectar.

Configurar o VS Code para acesso remoto

Depois que o Pi estiver configurado, você poderá se conectar a ele usando o Visual Studio Code (VS Code) a partir do seu computador - este é um editor de texto gratuito para desenvolvedores que você usará para escrever o código do dispositivo em Python.

Tarefa - configurar o VS Code para acesso remoto

Instale o software necessário e conecte-se remotamente ao seu Pi.

Instale o VS Code no seu computador seguindo a documentação do VS Code.
Siga as instruções na documentação de desenvolvimento remoto do VS Code usando SSH para instalar os componentes necessários.
Seguindo as mesmas instruções, conecte o VS Code ao Pi.
Uma vez conectado, siga as instruções de gerenciamento de extensões para instalar remotamente a extensão Pylance no Pi.

Olá, mundo

É tradicional, ao começar com uma nova linguagem de programação ou tecnologia, criar um aplicativo 'Hello World' - um pequeno programa que exibe algo como o texto "Hello World" para mostrar que todas as ferramentas estão configuradas corretamente.

O aplicativo Hello World para o Pi garantirá que você tenha o Python e o Visual Studio Code instalados corretamente.

Este aplicativo estará em uma pasta chamada nightlight, e será reutilizado com códigos diferentes em partes posteriores desta tarefa para construir o aplicativo de luz noturna.

Tarefa - hello world

Crie o aplicativo Hello World.

Abra o VS Code, diretamente no Pi ou no seu computador conectado ao Pi usando a extensão Remote SSH.
Abra o Terminal do VS Code selecionando Terminal -> New Terminal, ou pressionando CTRL+`. Ele será aberto no diretório inicial do usuário pi.
Execute os seguintes comandos para criar um diretório para o seu código e criar um arquivo Python chamado app.py dentro desse diretório:
```
mkdir nightlight
cd nightlight
touch app.py
```
Abra esta pasta no VS Code selecionando File -> Open... e escolhendo a pasta nightlight, depois selecione OK.
Abra o arquivo app.py no explorador do VS Code e adicione o seguinte código:
```
print('Hello World!')
```
A função print exibe no console o que for passado para ela.
No Terminal do VS Code, execute o seguinte comando para rodar seu aplicativo Python:
```
python app.py
```
💁 Pode ser necessário chamar explicitamente python3 para executar este código se você tiver o Python 2 instalado além do Python 3 (a versão mais recente). Se o Python 2 estiver instalado, chamar python usará o Python 2 em vez do Python 3. Por padrão, as versões mais recentes do Raspberry Pi OS possuem apenas o Python 3 instalado.

A seguinte saída aparecerá no terminal:
```
pi@raspberrypi:~/nightlight $ python3 app.py
Hello World!
```

💁 Você pode encontrar este código na pasta code/pi.

😀 Seu programa 'Hello World' foi um sucesso!

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