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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個名為 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這些課程並編寫程式，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碼。

在開始之前，你還需要將 Grove Base Hat 連接到樹莓派。

任務 - 設置

將 Grove Base Hat 安裝到樹莓派並配置樹莓派。

1. 將 Grove Base Hat 連接到樹莓派。帽子上的插槽覆蓋樹莓派上的所有 GPIO 引腳，滑動到底部以穩固地固定在基座上。它覆蓋在樹莓派上。

   

2. 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

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。

1. 按照 樹莓派設置指南 中的說明設置樹莓派，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樹莓派程式，你需要安裝一個編輯器來編寫設備程式碼，以及與 Grove 硬體互動的各種庫和工具。

1. 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。

2. 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
   

3. 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套件。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 套件需要從原始碼安裝。這些命令將克隆包含該套件原始碼的倉庫，然後在本地安裝它。

   💁 默認情況下，當你安裝一個套件時，它在你的電腦上是全域可用的，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，而當你為另一個應用程式安裝新版本時，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，本質上是在一個專用資料夾中的 Python 副本，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，因此如果要使用虛擬環境，你需要設置虛擬環境，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，特別是因為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，這將啟用 I²C 介面。

4. 使用菜單或在終端中執行以下命令重新啟動樹莓派：

   sudo reboot
   

5. 樹莓派重新啟動後，重新啟動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 將可從頂部菜單中使用。

   💁 如果你有偏好的工具，可以自由使用任何 Python IDE 或編輯器進行這些課程，但課程中的指導將基於使用 VS Code。

6. 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

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。

設置樹莓派操作系統

要遠端編碼，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。

1. 從 樹莓派操作系統軟體頁面 下載 Raspberry Pi Imager 並安裝它。

2. 將 SD 卡插入電腦，如有需要使用轉接器。

3. 啟動 Raspberry Pi Imager。

4. 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 是一個沒有桌面 UI 或基於 UI 工具的樹莓派操作系統版本。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。

5. 選擇 CHOOSE STORAGE 按鈕，然後選擇你的 SD 卡。

6. 按下 Ctrl+Shift+X 啟動 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 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 連接到樹莓派，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。若使用乙太網線則不需要此步驟。確保你連接的網路與電腦在同一網路中。

   3. 勾選 Set locale settings 選框，並設置你的國家和時區。

   4. 選擇 SAVE 按鈕。

7. 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 來完成，這在 macOS、Linux 和最近版本的 Windows 上都可用。

任務 - 連接到樹莓派

遠端訪問樹莓派。

1. 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本的 Windows，且未安裝 ssh，可以使用 OpenSSH。安裝說明請參考 OpenSSH 安裝文檔。

2. 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 的一個相對較新的功能。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以啟用 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（該工具無法單獨下載）。

   💁 如果無法使用 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 獲取多種獲取 IP 地址的方法。

3. 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，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。

1. 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。

2. 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套件。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 套件需要從原始碼安裝。這些命令將克隆包含該套件原始碼的倉庫，然後在本地安裝它。

   💁 默認情況下，當你安裝一個套件時，它在你的電腦上是全域可用的，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，而當你為另一個應用程式安裝新版本時，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，本質上是在一個專用資料夾中的 Python 副本，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，因此如果要使用虛擬環境，你需要設置虛擬環境，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，特別是因為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，這將啟用 I²C 介面。

3. 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 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

安裝所需軟體並遠端連接到樹莓派。

1. 按照 VS Code 文檔 的說明在電腦上安裝 VS Code。

2. 按照 VS Code 遠端開發使用 SSH 文檔 的說明安裝所需組件。

3. 按照相同的說明，將 VS Code 連接到樹莓派。

4. 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

在學習一門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——這是一個簡單的應用程式，輸出類似於 "Hello World" 的文字，用來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。

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中，會使用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。

1. 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。

2. 通過選擇 Terminal -> New Terminal 或按下 CTRL+` 打開 VS Code 的終端機。終端機將打開到 pi 使用者的主目錄。

3. 執行以下指令來為您的程式碼建立一個目錄，並在該目錄中建立一個名為 app.py 的 Python 檔案：

   mkdir nightlight
   cd nightlight
   touch app.py
   

4. 在 VS Code 中選擇 File -> Open...，然後選擇 nightlight 資料夾，接著選擇 OK，以打開該資料夾。

   

5. 從 VS Code 的檔案總管中打開 app.py 檔案，並新增以下程式碼：

   print('Hello World!')
   

   print 函式會將傳遞給它的內容輸出到終端機。

6. 在 VS Code 的終端機中執行以下指令來運行您的 Python 應用程式：

   python app.py
   

   💁 如果您的系統同時安裝了 Python 2 和 Python 3，可能需要明確使用 python3 來執行此程式碼。因為如果您執行 python，系統可能會使用 Python 2 而非 Python 3。預設情況下，最新版本的樹莓派作業系統僅安裝了 Python 3。

   終端機中將顯示以下輸出：

   pi@raspberrypi:~/nightlight $ python3 app.py
   Hello World!
   

💁 您可以在 code/pi 資料夾中找到這段程式碼。

😀 恭喜！您的「Hello World」程式成功運行！

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