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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測器和致動器，這些課程中將使用一種名為 Grove 的硬體生態系統。你將使用 Python 為樹莓派編寫程式並存取 Grove 感測器。

設置

如果你使用樹莓派作為物聯網硬體，有兩種選擇——你可以直接在樹莓派上完成所有課程並編寫程式碼，或者遠端連接到一個「無頭」的樹莓派，從你的電腦上進行編碼。

在開始之前，你還需要將 Grove Base Hat 連接到樹莓派。

任務 - 設置

安裝 Grove Base Hat 並配置樹莓派。

將 Grove Base Hat 連接到樹莓派。帽子上的插槽與樹莓派的所有 GPIO 引腳對應，將其完全滑入引腳，穩固地安裝在基座上。它會覆蓋樹莓派。
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
- 遠端訪問樹莓派進行編碼

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，連接到 WiFi 或乙太網路，並更新軟體。

為了使用 Grove 感測器和致動器編寫程式碼，你需要安裝一個編輯器來撰寫設備程式碼，以及與 Grove 硬體互動的各種庫和工具。

當樹莓派重新啟動後，點擊頂部菜單欄的 Terminal 圖示啟動終端，或者選擇 Menu -> Accessories -> Terminal。
執行以下命令以確保操作系統和已安裝的軟體是最新的：
```
sudo apt update && sudo apt full-upgrade --yes
```
執行以下命令以安裝 Grove 硬體所需的所有庫：
```
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
```
這些命令首先安裝 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網路上的程式碼包。你可以用一條命令將 Pip 套件安裝到電腦上，然後在程式碼中使用該套件。

Seeed Grove 的 Python 套件需要從原始碼安裝。這些命令會克隆包含該套件原始碼的倉庫，然後在本地安裝。

💁 默認情況下，當你安裝一個套件時，它會在電腦的所有地方可用，這可能會導致套件版本的問題——例如，一個應用程式依賴於某個版本的套件，而安裝新版本可能會破壞另一個應用程式。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，位於一個專用資料夾中，當你安裝 Pip 套件時，它們只會安裝到該資料夾中。在使用樹莓派時，你不會使用虛擬環境。Grove 安裝腳本會全域安裝 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。使用全域套件更簡單，特別是許多樹莓派開發者會為每個專案重新刷新乾淨的 SD 卡。

最後，這些命令會啟用 I²C 介面。
使用菜單或在終端中執行以下命令重新啟動樹莓派：
```
sudo reboot
```
當樹莓派重新啟動後，重新打開終端並執行以下命令安裝 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 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 中安裝該擴展。

遠端訪問樹莓派進行編碼

與其直接在樹莓派上編碼，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，並從你的電腦上使用 Visual Studio Code 進行配置和編碼。

設置樹莓派 OS

要遠端編碼，需要將樹莓派 OS 安裝到 SD 卡上。

任務 - 設置樹莓派 OS

設置無頭模式的樹莓派 OS。

從樹莓派 OS 軟體頁面下載 Raspberry Pi Imager 並安裝。
將 SD 卡插入電腦，必要時使用轉接器。
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 OS 的一個版本，沒有桌面 UI 或基於 UI 的工具。這些對無頭模式的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 啟動 Advanced Options。這些選項允許在將樹莓派 OS 寫入 SD 卡之前進行一些預配置。
1. 勾選 Enable SSH，並為 pi 使用者設置密碼。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，並輸入你的 WiFi SSID 和密碼，還有選擇你的 WiFi 國家。如果你將使用乙太網線，則不需要這樣做。確保你連接的網路與電腦在同一網路中。
3. 勾選 Set locale settings，並設置你的國家和時區。
4. 選擇 SAVE 按鈕。
選擇 WRITE 按鈕將 OS 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。

OS 會被寫入 SD 卡，完成後系統會彈出該卡，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
```
如果你使用的是舊版 Windows，且未安裝 ssh，可以使用 OpenSSH。安裝說明請參考 OpenSSH 安裝文檔。
這應該會連接到樹莓派並要求輸入密碼。

能夠通過 <hostname>.local 在網路上找到電腦是 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，則需要安裝額外的軟體來啟用 ZeroConf 網路（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 以獲得該工具的更新版本（該版本無法單獨下載）。
💁 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。

配置樹莓派上的軟體

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 硬體互動的各種庫和工具。

任務 - 配置樹莓派上的軟體

配置已安裝的樹莓派軟體並安裝 Grove 庫。

在你的 ssh 會話中，執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，執行以下命令以安裝 Grove 硬體所需的所有庫：
```
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
```
這些命令首先安裝 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網路上的程式碼包。你可以用一條命令將 Pip 套件安裝到電腦上，然後在程式碼中使用該套件。

Seeed Grove 的 Python 套件需要從原始碼安裝。這些命令會克隆包含該套件原始碼的倉庫，然後在本地安裝。

💁 默認情況下，當你安裝一個套件時，它會在電腦的所有地方可用，這可能會導致套件版本的問題——例如，一個應用程式依賴於某個版本的套件，而安裝新版本可能會破壞另一個應用程式。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，位於一個專用資料夾中，當你安裝 Pip 套件時，它們只會安裝到該資料夾中。在使用樹莓派時，你不會使用虛擬環境。Grove 安裝腳本會全域安裝 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。使用全域套件更簡單，特別是許多樹莓派開發者會為每個專案重新刷新乾淨的 SD 卡。

最後，這些命令會啟用 I²C 介面。
執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 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——這是一款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 進行遠端訪問

安裝所需軟體並遠端連接到樹莓派。

按照 VS Code 文檔的說明在電腦上安裝 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上。

Hello world

通常在學習一種新的程式語言或技術時，會先建立一個「Hello World」應用程式——一個小型應用程式，輸出類似於 "Hello World" 的文字，以確認所有工具已正確配置。

針對樹莓派的 Hello World 應用程式將確保您已正確安裝 Python 和 Visual Studio Code。

此應用程式將存放在名為 nightlight 的資料夾中，稍後在此作業的其他部分中，將使用不同的程式碼來建立夜燈應用程式。

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，或者在您的電腦上啟動並使用 Remote SSH 擴展連接到樹莓派。
透過選擇 Terminal -> New Terminal 或按下 CTRL+` 開啟 VS Code 終端機。終端機將開啟至 pi 使用者的主目錄。
執行以下指令以建立程式碼的資料夾，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 中開啟此資料夾，選擇 File -> Open...，然後選擇 nightlight 資料夾，接著選擇 OK。
從 VS Code 的檔案瀏覽器中開啟 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。
從 VS Code 終端機執行以下指令以運行您的 Python 應用程式：
```
python app.py
```
💁 如果您的系統同時安裝了 Python 2 和 Python 3（最新版本），可能需要明確使用 python3 來執行此程式碼。若系統安裝了 Python 2，則執行 python 時會使用 Python 2 而非 Python 3。預設情況下，最新版本的 Raspberry Pi OS 只安裝了 Python 3。

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

💁 您可以在 code/pi 資料夾中找到此程式碼。

😀 您的「Hello World」程式成功了！

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