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樹莓派

樹莓派是一款單板電腦。你可以使用各種設備和生態系統添加感應器和執行器，這些課程將使用一個名為 Grove 的硬件生態系統。你將使用 Python 為樹莓派編寫程式碼並訪問 Grove 感應器。

設置

如果你使用樹莓派作為物聯網硬件，你有兩個選擇——你可以直接在樹莓派上完成所有這些課程並編寫程式碼，或者你可以遠端連接到一個「無頭」的樹莓派，並從你的電腦上進行編程。

在開始之前，你還需要將 Grove 基座帽連接到樹莓派。

任務 - 設置

將 Grove 基座帽安裝到樹莓派並配置樹莓派

將 Grove 基座帽連接到樹莓派。基座帽上的插槽與樹莓派的所有 GPIO 引腳對應，將其滑到底部，牢牢固定在基座上。基座帽覆蓋在樹莓派上。
決定你想如何編程樹莓派，然後前往以下相關部分：
- 直接在樹莓派上工作
- 遠端訪問以編寫樹莓派程式碼

直接在樹莓派上工作

如果你想直接在樹莓派上工作，可以使用樹莓派 OS 的桌面版本並安裝所有需要的工具。

任務 - 直接在樹莓派上工作

為開發設置樹莓派。

按照樹莓派設置指南的說明設置樹莓派，連接鍵盤/滑鼠/顯示器，連接 WiFi 或乙太網絡，並更新軟件。

為了使用 Grove 感應器和執行器編寫樹莓派程式碼，你需要安裝一個編輯器來編寫設備程式碼，以及與 Grove 硬件交互的各種庫和工具。

當樹莓派重新啟動後，點擊頂部菜單欄上的 Terminal 圖標啟動終端，或者選擇 Menu -> Accessories -> Terminal
運行以下命令以確保操作系統和已安裝的軟件是最新的：
```
sudo apt update && sudo apt full-upgrade --yes
```
運行以下命令以安裝 Grove 硬件所需的所有庫：
```
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
```
這首先安裝 Git 和 Pip，用於安裝 Python 套件。

Python 的一個強大功能是能夠安裝 Pip 套件——這些是其他人編寫並發布到互聯網上的程式碼包。你可以用一條命令將 Pip 套件安裝到你的電腦上，然後在程式碼中使用該套件。

Seeed Grove 的 Python 套件需要從源代碼安裝。這些命令將克隆包含該套件源代碼的倉庫，然後在本地安裝它。

💁 默認情況下，當你安裝一個套件時，它在電腦上的任何地方都可用，這可能會導致套件版本的問題——例如，一個應用程序依賴於某個版本的套件，而當你為另一個應用程序安裝新版本時，可能會導致問題。為了解決這個問題，你可以使用 Python 虛擬環境，它本質上是 Python 的一個副本，存放在一個專用文件夾中，當你安裝 Pip 套件時，它們只會安裝到該文件夾中。在使用樹莓派時，你不會使用虛擬環境。Grove 的安裝腳本會全局安裝 Grove 的 Python 套件，因此如果你想使用虛擬環境，需要先設置虛擬環境，然後手動重新安裝 Grove 套件到該環境中。使用全局套件更簡單，特別是因為許多樹莓派開發者會為每個項目重新刷新乾淨的 SD 卡。

最後，這將啟用 I²C 接口。
使用菜單或在終端中運行以下命令重新啟動樹莓派：
```
sudo reboot
```
當樹莓派重新啟動後，重新打開終端並運行以下命令安裝 Visual Studio Code (VS Code)——這是你將用來用 Python 編寫設備程式碼的編輯器。
```
sudo apt install code
```
安裝完成後，VS Code 將可從頂部菜單中訪問。

💁 如果你有偏好的工具，可以自由選擇任何 Python IDE 或編輯器來完成這些課程，但課程中的指導將基於使用 VS Code。
安裝 Pylance。這是 VS Code 的一個擴展，提供 Python 語言支持。請參考 Pylance 擴展文檔了解如何在 VS Code 中安裝此擴展。

遠端訪問以編寫樹莓派程式碼

與其直接在樹莓派上編程，你可以讓它以「無頭」模式運行，也就是不連接鍵盤/滑鼠/顯示器，並通過 Visual Studio Code 從你的電腦上配置和編程。

設置樹莓派操作系統

要遠端編程，需要將樹莓派操作系統安裝到 SD 卡上。

任務 - 設置樹莓派操作系統

設置無頭樹莓派操作系統。

從樹莓派操作系統軟件頁面下載 Raspberry Pi Imager 並安裝
將 SD 卡插入電腦，如有需要使用適配器
啟動 Raspberry Pi Imager
在 Raspberry Pi Imager 中，選擇 CHOOSE OS 按鈕，然後選擇 Raspberry Pi OS (Other)，接著選擇 Raspberry Pi OS Lite (32-bit)

💁 Raspberry Pi OS Lite 是樹莓派操作系統的一個版本，沒有桌面 UI 或基於 UI 的工具。這些對於無頭樹莓派來說並不需要，並且使安裝更小，啟動時間更快。
選擇 CHOOSE STORAGE 按鈕，然後選擇你的 SD 卡
按下 Ctrl+Shift+X 打開 Advanced Options。這些選項允許在將操作系統寫入 SD 卡之前進行一些預配置。
1. 勾選 Enable SSH 選框，並為 pi 用戶設置密碼。這是你稍後登錄樹莓派時使用的密碼。
2. 如果你計劃通過 WiFi 連接樹莓派，勾選 Configure WiFi 選框，並輸入你的 WiFi SSID 和密碼，以及選擇你的 WiFi 國家。如果你將使用乙太網線，則不需要這樣做。確保你連接的網絡與你的電腦在同一網絡上。
3. 勾選 Set locale settings 選框，並設置你的國家和時區
4. 選擇 SAVE 按鈕
選擇 WRITE 按鈕將操作系統寫入 SD 卡。如果你使用 macOS，系統會要求你輸入密碼，因為寫入磁碟映像的底層工具需要特權訪問。

操作系統將被寫入 SD 卡，完成後操作系統會彈出該卡，並通知你。從電腦中取出 SD 卡，插入樹莓派，啟動樹莓派並等待約 2 分鐘讓其正常啟動。

連接到樹莓派

下一步是遠端訪問樹莓派。你可以使用 ssh，該工具在 macOS、Linux 和最近版本的 Windows 上可用。

任務 - 連接到樹莓派

遠端訪問樹莓派。

啟動終端或命令提示符，輸入以下命令連接到樹莓派：
```
ssh pi@raspberrypi.local
```
如果你使用的是較舊版本的 Windows，沒有安裝 ssh，可以使用 OpenSSH。你可以在 OpenSSH 安裝文檔中找到安裝說明。
這應該會連接到樹莓派並要求輸入密碼。

能夠通過 <hostname>.local 在網絡上找到電腦是 Linux 和 Windows 最近新增的一個功能。如果你使用的是 Linux 或 Windows，並且收到有關找不到主機名的錯誤，你需要安裝額外的軟件來啟用 ZeroConf 網絡（Apple 稱之為 Bonjour）：
1. 如果你使用的是 Linux，使用以下命令安裝 Avahi：
```
sudo apt-get install avahi-daemon
```
2. 如果你使用的是 Windows，啟用 ZeroConf 最簡單的方法是安裝 Bonjour Print Services for Windows。你也可以安裝 iTunes for Windows 以獲得更新版本的工具（該工具無法單獨下載）。
💁 如果你無法使用 raspberrypi.local 連接，則可以使用樹莓派的 IP 地址。請參考樹莓派 IP 地址文檔獲取多種方法來獲取 IP 地址的說明。
輸入你在 Raspberry Pi Imager 高級選項中設置的密碼

配置樹莓派上的軟件

連接到樹莓派後，你需要確保操作系統是最新的，並安裝與 Grove 硬件交互的各種庫和工具。

任務 - 配置樹莓派上的軟件

配置已安裝的樹莓派軟件並安裝 Grove 庫。

在你的 ssh 會話中，運行以下命令以更新並重新啟動樹莓派：
```
sudo apt update && sudo apt full-upgrade --yes && sudo reboot
```
樹莓派將被更新並重新啟動。當樹莓派重新啟動時，ssh 會話將結束，因此等待約 30 秒後重新連接。
在重新連接的 ssh 會話中，運行以下命令以安裝 Grove 硬件所需的所有庫：
```
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
```
這首先安裝 Git 和 Pip，用於安裝 Python 套件。

Python 的一個強大功能是能夠安裝 Pip 套件——這些是其他人編寫並發布到互聯網上的程式碼包。你可以用一條命令將 Pip 套件安裝到你的電腦上，然後在程式碼中使用該套件。

Seeed Grove 的 Python 套件需要從源代碼安裝。這些命令將克隆包含該套件源代碼的倉庫，然後在本地安裝它。

💁 默認情況下，當你安裝一個套件時，它在電腦上的任何地方都可用，這可能會導致套件版本的問題——例如，一個應用程序依賴於某個版本的套件，而當你為另一個應用程序安裝新版本時，可能會導致問題。為了解決這個問題，你可以使用 Python 虛擬環境，它本質上是 Python 的一個副本，存放在一個專用文件夾中，當你安裝 Pip 套件時，它們只會安裝到該文件夾中。在使用樹莓派時，你不會使用虛擬環境。Grove 的安裝腳本會全局安裝 Grove 的 Python 套件，因此如果你想使用虛擬環境，需要先設置虛擬環境，然後手動重新安裝 Grove 套件到該環境中。使用全局套件更簡單，特別是因為許多樹莓派開發者會為每個項目重新刷新乾淨的 SD 卡。

最後，這將啟用 I²C 接口。
運行以下命令重新啟動樹莓派：
```
sudo reboot
```
當樹莓派重新啟動時，ssh 會話將結束。無需重新連接。

配置 VS Code 以進行遠端訪問

樹莓派配置完成後，你可以使用 Visual Studio Code (VS Code) 從電腦連接到它——這是一個免費的開發者文本編輯器，你將用它來用 Python 編寫設備程式碼。

任務 - 配置 VS Code 以進行遠端訪問

安裝所需軟件並遠端連接到樹莓派。

按照 VS Code 文檔的說明在你的電腦上安裝 VS Code
按照 VS Code 遠端開發使用 SSH 文檔的說明安裝所需組件
按照相同的說明，將 VS Code 連接到樹莓派
連接後，按照管理擴展的說明，將 Pylance 擴展遠端安裝到樹莓派

Hello world

在學習一種新的程式語言或技術時，通常會從建立一個「Hello World」應用程式開始。這是一個簡單的小應用程式，會輸出類似 "Hello World" 的文字，來確認所有工具都已正確配置。

針對樹莓派的 Hello World 應用程式，將確保你已正確安裝 Python 和 Visual Studio Code。

這個應用程式將放在一個名為 nightlight 的資料夾中，並且在這次作業的後續部分會重複使用該資料夾，加入不同的程式碼來構建夜燈應用程式。

任務 - Hello World

建立 Hello World 應用程式。

啟動 VS Code，可以直接在樹莓派上啟動，或者在你的電腦上啟動並使用 Remote SSH 擴展連接到樹莓派。
在 VS Code 中開啟終端機，選擇 Terminal -> New Terminal，或者按下快捷鍵 CTRL+`。終端機將會開啟在 pi 使用者的主目錄。
執行以下指令來為你的程式碼建立一個資料夾，並在該資料夾中建立一個名為 app.py 的 Python 檔案：
```
mkdir nightlight
cd nightlight
touch app.py
```
在 VS Code 中開啟這個資料夾，選擇 File -> Open...，然後選擇 nightlight 資料夾，接著點擊 OK。
從 VS Code 的檔案總管中開啟 app.py 檔案，並加入以下程式碼：
```
print('Hello World!')
```
print 函數會將傳遞給它的內容輸出到終端機。
在 VS Code 的終端機中執行以下指令來運行你的 Python 應用程式：
```
python app.py
```
💁 如果你的系統同時安裝了 Python 2 和 Python 3，可能需要明確使用 python3 來執行這段程式碼。因為如果執行 python，系統可能會預設使用 Python 2 而非 Python 3。在最新版本的 Raspberry Pi OS 中，預設只安裝了 Python 3。

終端機中將會出現以下輸出：
```
pi@raspberrypi:~/nightlight $ python3 app.py
Hello World!
```

💁 你可以在 code/pi 資料夾中找到這段程式碼。

😀 恭喜！你的「Hello World」程式成功運行了！

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