树莓派嘛，玩ROS的接触还是很深的！

没啥别的原因，便宜！相比其他的，树莓派的性价比算是相当高的！

记得前几年玩树莓派的时候，第一个接触到的树莓派系统是Ubuntu Mate，那时候还是树莓派3B，古月老师的课程刚出。

我的Linux系统学习，就是从玩树莓派开始。很多初学者觉得ROS难，至少30%的人是因为不熟悉Linux系统造成的，所以别着急，玩玩树莓派，用树莓派编程点个灯，等熟悉了树莓派，熟悉了Linux，再来学习ROS也不迟~

这里也就是我的一些学习树莓派的一些经验心得，向大家分享一下~

先说一下基础Linux命令：

ls:（list）显示当前目录下文档名称。可跟参数。

cd  <文件夹名称>：进入指定目录下。没有文件夹名称则直接返回根目录。

cd .. :返回上一级目录。

cat  <文档名>：显示文档内容。

touch  <文档名>：可新建一个名字为<文档名>的空白文档。

chmod ：（Change Mode），更改当前文档权限。

rm  <文档名>：删除指定文档。

mkdir  <文件夹名>：可新建一个名字为<文件夹命>的空白文件夹。

rmdir  <空白文件夹名>：删除指定“空白文件夹”。

 

ifconfig：查看当前网络状态。

raspi-config：树莓派设置。

shutdown：关机。sudo shutdown -h now（参数now为时间，单位秒）。

reboot：重启。sudo reboot。

 

sudo apt-get update：升级软件仓库（源列表）。

sudo apt-get upgrade：升级软件（电脑软件更新以及残缺项环境自动补全）。

sudo apt-get install  <软件名>：安装指定软件。

sudo apt-get remove  <软件名>：卸载指定软件。（缓存数据不会清除）。

sudo apt-get autoremove：清除已卸载软件的缓存数据。

 

Ctrl+Alt+T：打开终端。

clear：清除终端内容。

exit：退出终端。

目前文档先进行相关环境配置，也就是安装一些基本软件。

打开终端。按下Ctrl+Alt+T即可出现一个黑窗口界面，这个就是我们所说的终端环境。在终端环境下，我们可以执行以上的命令进行操作。（命令有很多，以上的是我认为常用的）。

更新软件源列表和软件数据。

执行以下两条语句即可。

sudo spt-get update

sudo apt-get upgrade

或者，执行以下一条语句。

sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade

安装中文输入法fcitx。

执行以下命令即可安装。

sudo apt-get install fcitx fcitx-googlepinyin fcitx-module-cloudpinyin fcitx-sunpinyin

安装Arduino编译器。用于Arduino开发。

执行以下命令即可安装。

sudo apt-get install arduino

Arduino的开发依赖于Java环境，树莓派自身带有Java，不需要安装Java。

安装Putty软件。用于MicroPython和K210开发。

执行以下命令即可安装。

sudo apt-get install putty

putty是开发者经常要用到的一个调试软件。对于MicroPython或者K210系列的开发来说，我们选择在串口模式，指定串口和波特率，即可编程。

配置Python环境。安装Python要用到的包。

树莓派自身带有两个版本的python，分别是python2.7和python3.6（不知道最近有没有更新）。我们直接在终端下输入python即可使用。但是它的依赖包情况较差，需要我们来安装相关的依赖包。具体介绍以及安装方式如下。（针对python3）

Pip3：pip是python安装包需要的插件。输入以下指令即可安装。

sudo apt-get install python3-pip

Dev：dev是python的辅助插件，实际用途很少，主要用来配置各个包和python的版本。输入以下指令即可安装。

sudo apt-get install python3-dev

Easygui：easygui是python的一个桌面开发，内置很多桌面控件。输入以下指令即可安装。

pip3 install easygui

Pygame：python的游戏开发模块。对音乐插入、图片插入支持较好，内置游戏引擎较好。输入以下指令即可安装。

pip3 install pygame

Serial：python的串口模块。用于处理串口数据。输入以下指令即可安装。

pip3 install serial

安装新的脚本编译器gedit。

Linux系统内置编辑器是Vim编辑器，对初学者使用不是很友善。在此我推荐gedit编辑器，该编辑器类似于Windows下的notepad++，对多语种执行性较好。输入以下指令即可安装。

sudo apt-get install gedit

我们这会来看看树莓派引脚，图片网上截的。

树莓派的各个版本的引脚顺序是一样的。树莓派的IO由常规IO（普通的IO口，很多）、串口IO（08，10）、IIC通讯IO（03，05）、SPI通讯IO（19，21，23，24，25），以及ID_SD和ID_SC，这两个属于特殊IO，在此不会介绍。

很遗憾，树莓派并没有像Arduino那样的模拟值功能，所以，我们在进行模拟输出的时候，我们可以采用PWM脉冲调频、PCA高速脉冲释放灯方式实现（树莓派的时钟频率在1.5GHz左右，和Arduino的16MHz以及STM32的几百MHz比起来，这个完全不是问题），在进行模拟值读取的时候，我们需要借助于模拟值转换芯片读取模拟值，（在此我推荐ADS1117四通道转换IC，不是打广告，是真的好用）。当然进行模拟输出的时候，也可以使用IC（推荐PCA9685）.

如果由小伙伴看不懂我上面写的什么意思，那么就没有看下去的必要。我建议你可以买一块Arduino加一套传感器，也就60元RMB绝对可以搞定。

对于通讯接口，这个也是大家比较关心的一个问题。

聊聊通讯

对于通讯来说，我把它分为两种，第一种就是标准通讯，比如大家熟悉的串口（UART/USART）、IIC（）、SPI（）等，这些也是支持的，也比如一些的协议，比如Modbus、IIS、RS232、RS485、CAN等，这些协议我给大家的建议是——转换！！！没有转换不了的通讯协议，别太死，软件不够硬的来凑！硬件加个IC的事情，没必要来花几个星期的时间研究（还不一定能研究出来）。

第二种就是私有协议，比如单总线类，以及时钟数据类。好比DS18B20、Dht*等，这写属于常见的单总线类型，时钟数据类的类似于IIC，但是没有地址协议，有的只是两个IO口，一个口做时钟，一个口抓数据，比如HX711（用来做电子秤的）。

不管是标准协议还是私有协议，他们的实现都离不开底层时钟分频的支持。树莓派对于标准协议有着很好的库支持，可减少我们的工作难度。但是对于私有协议，我还是更倾向于讲通时钟线序图来进行设计。

为了避免大家对于通讯协议认知了解较少，以下是我个人对于通讯的一个认知。

通讯说白了就是两台设备之间数据的一个传输，我们日常生活中经常性的使用WIFI、4G等，这些就是数据的传输。对于开发者来说，通讯，就是高低电平的解读，就像是发送电报一样。

我先来说串口通讯

串口通讯由四条线Vcc（供电正极）、Gnd（供电负极）、TxD（数据发送）、RxD（数据接收）。两个设备之间的串口通讯示意图如下所示。

这个概念图杜宇任何系列的单片机都是通用的。串口通讯的数据标准格式为

数据头 数据长度 数据 数据校验 数据尾

我们在平时使用的时候，并没有这么细，所以偶尔会出现数据丢失的一个问题，属于正常现象。在上面的这张图，我提到了一个通讯时钟要求，这个也就是我们常说的——“波特率”，也就是通讯频率。当然还有其他的数据位、停止位、奇偶校验等等，我们常规默认则位8位数据位、1位停止位、无校验，也是我们常说的8N1模式。

接下来我们来说IIC通讯

IIC通讯也是由四条线Vcc（供电正极）、Gnd（供电负极）、SDA（Sign Data，数据信号线）、SCL（Sign Clock，时钟信号线）。通讯示意如下图所示。

IIC的通讯过程解释较为麻烦，需要配合相关的时序图，在接下来的HX711的使用中，会详细讲解该功能，在下面的内容，也会有IIC的库函数支持的详细介绍。

IIC的通讯通过SCL产生一个通讯频率，数据通SDA的拉高拉低进行传输。但是为了确保数据的准确性，所以在数据校验、信号应答、指令写入等三个方面有较为复杂的学习。

最后就是SPI通讯

SPI通讯由6条线组成Vcc（供电正极）、Gnd（供电负极）、MOSI（Master Output Slave Input，主机输出，从机输入）、MISO（Master Input Slave Output主机输入，从机输出）、SS（Sign Select，信号选择）、SCLK（Sign Clock，时钟信号线）。通讯示意图如下所示。

SS（Sign Select）信号选择线的存在，更类似于一个IO口作为使能端的一个存在。

有的地方，MOSI也叫做SDO（Sign Data Output，数据输出信号），MISO也叫做SDI（Sign Data Input，数据输入信号），

SPI数据的通讯和串口十分相似，都是“接收”对“发送”，“发送”对“接收”，而不同的地方，第一是在时钟方面，串口是自身的通讯频率来作为时钟，而SPI则有一条专门的时钟线（SCLK）来作为时钟，第二则是设备选择，通过SS线，可有效选择从机设备进行通信。

由于我们平常使用SPI的时候只有一台从机设备，所以SS也就省略掉。

理论知识的补充到此结束，接下来细说树莓派如何使用这些IO。

树莓派自身对于Python有一个名为RPi.GPIO的一个模块，在此，我们详细来学习这个模块。

对于大家做单片机开发的时候，写单片机程序，上去的时候，肯定是选择IO口、初始化、设置时钟什么的等等一系列步骤。而在Python里面的使用也是如此。

import RPi.GPIO as GPIO

通过上面的语句，我们讲RPi.GPIO模块（也可以理解为库函数）导入当前Python环境，并将其重命名为GPIO。紧接着我们要设置当前IO编码规则。

GPIO.setmode(mode)

这个语句是设置IO口编码规则的，因为树莓派的开发者太多了，目前主流的编码格式有三种，分别为WiringPi、BCM、Borard。三种模式的线序如下图。mode的值右个，分别为GPIO.BCM和GPIO.BOARD（我推荐BOARD，容易找）。

至于WiringPi的编码，这个是C语言开发IO使用的编码格式，在此不做说明。

接下来我们要说明IO的模式了，IO模式分为输入和输出。通过下面的语句可进行设置。

GPIO.setup(Pin，Value)

当中Pin就是引脚编号，Value为这个IO的模式，分为GPIO.OUT和GPIO.IN。

环境导入、板子编码声明、IO模式声明，接下来就是使用IO口。

GPIO.output(Pin，Value)

当中Pin是我们已经声明过模式为输出模式的IO，Value为这个IO的输出值，分为GPIO.HIGH和GPIO.LOW。

如果我们设置IO为输入模式的话，则使用下面语句即可进行IO读取。

GPIO.input(Pin)

当中Pin是我们已经声明过模式为输入模式的IO。

在终端下输入gpio readall有惊喜！！！

可能有的会问到上拉、下拉、推挽、开漏等内容，我可以告诉大家，树莓派是支持的！但是我觉得对于嵌入式软件开发者来说，没必要去追究这些，这些的设置和寄存器息息相关，一旦操作出现问题，可能会造成板子毁掉。在硬件的层次加个电阻、加个三极管、加个电容等等，都可以解决的，没必要冒这个风险。

接下来做个参考程序。

其中电容是104电容，用于消除按键抖动。

对于PWM脉冲调频，Python的GPIO模块也有着支持。电路图不变，直接贴代码，有着Python基础和我理解我上面内容的一看就懂。

树莓派与Arduino搞个联动

对于大家来说，最熟悉的就是串口，在我们平时上传烧录单片机程序的时候，使用的就是串口。常见的串口转USB芯片有CH340、CP210X、FAT232等。

为了方便演示，我们使用Arduino作为下位机，实现Arduino和树莓派的串口通讯。

由于Arduino自身带有串口转USB的芯片，有的是CH340，有的是CP210X，也有的是Atmel 16U2等等。对于CH340系列，它的默认串口名为ttyUSB*。对于CP210X系列，如果你没有写入新的名称的话，依旧是ttyUSB*，否则以你写入的为准。而对于Atmel 16U2系列，这一类型的识别则是ttyACM0或者直接就是Arduino。

我们通过下面的指令在树莓派上安装Arduino IDE。

sudo apt-get install arduino

安装成功后，在任务栏或者在终端内输入arduino均可打开Arduino。安装成功之后先关闭，我们需要来设置串口权限问题，否则依旧无法使用。

先将Arduino用USB线接好插入Arduino，在终端下输入ls /dev/tty*，这个指令可以查看树莓派的device设备。再将Arduino拔掉，再次输入ls /dev/tty*，找到第一次出现，第二次没出现的，这个就是当前Arduino所连接的端口号。

确定好端口号之后，我们需要赋予这个端口最高权限。假设当前识别的端口号是ttyUSB0，则输入以下指令即可赋予端口最高权限。

sudo chmod +777 /dev/ttyUSB0

通过上面的操作，我们已经确定了当前Arduino所占用的端口号为ttyUSB0。我们打开Arduino IDE，写一个串口接收数据控制13口LED点亮的程序，以及Arduino给树莓派发送“Hello World！”。树莓派上Arduino IDE的使用和Windows下一样，写好程序，验证，上传即可。

Arduino的D13口自带LED，以上的程序段则使用D13口进行测试。

在树莓派端的Python开发，Serial库在Windows下依旧可以使用。我们需要安装对应的串口模块。由于树莓派有两个python版本，在此我们使用的是Python 3.X版本。我们需要安装pip3、dev、serial三个Python库文件。在终端执行以下三条指令即可，第一节讲过。

sudo apt-get install python3-pip

sudo apt-get install python3-dev

pip3 install serial

在Python里面使用串口也是一样，导入库文件、初始化串口，然后进行读写操作。

Python的Serial库的详细内容很多。很多开发者都对其进行了补充开发，如果哪一天碰到了一个没有见过的，不必震惊！

Serial的使用流程：

第一，导入serial库；第二，实例化串口对象对象，设置串口号，波特率，等等；第三，那就是收发数据；第四，串口使用完记得一定要关闭，这个很关键！！！

以上就是此次分享的所有内容了~

唔~其实有后续，只不过我还没整理好，这个是之前指导学弟学妹们玩树莓派的心得，从尘封的文件夹当中找到，迫不及待的给大家分享出来~

搞机器人，玩嵌入式，从点亮一个LED做起，从一句Hello World做起！

大家一起加油！