Raspberry Pi

Das große Handbuch. Über 1.000 Seiten in Farbe. Mit Einstieg in Linux, Python und Elektrotechnik. Aktuell zum Raspberry Pi 5, Pi-OS 'Bookworm' und den GPIO-Bibliotheken
8. aktualisierte Auflage 2024
ISBN: 978-3-8362-9666-3
Verlag: Rheinwerk Verlag GmbH

Buch, Deutsch, 1045 Seiten, Format (B × H): 182 mm x 248 mm, Gewicht: 2074 g

Reihe: Rheinwerk Computing

Der Raspberry Pi ist eine wahre Erfolgsgeschichte. Seit 2011 begeistert der kleine Mini-Computer Maker, Kreative und IT-Fachleute. Was Sie mit dem Pi anstellen können, zeigen Ihnen Michael Kofler, Charly Kühnast und Christoph Scherbeck. Das Handbuch ist randvoll mit Grundlagen und Kniffen zu Linux, Hardware, Elektronik und Programmierung. Genau richtig für alle, die Serverdienste hosten möchten, Bastelideen haben und direkt loslegen wollen. Vorwissen? Nicht nötig, Ihr Erfindergeist reicht völlig aus. Legen Sie gleich los und lassen Sie Ihrer Kreativität freien Lauf!

Aus dem Inhalt:

- Den Raspberry Pi kennenlernen: Kauf und Inbetriebnahme, Betriebssysteme, Software

- Ihr Medien-Center: der Raspberry Pi mit Kodi, LibreELEC, als DLNA-Server und als NAS-Gerät (openmediavault)

- Hardware-Grundlagen: Elektrotechnik-Crashkurs, Werkzeuge, Zusatzgeräte u. v. m.

- Sensoren, Servo- und Schrittmotoren, LEDs, Bussysteme, Displays

- Gertboard, PiFace, Raspberry-Pi-HATs, HiFiBerry-Audio-System

- Programmierung: Python, bash, C, Java und PHP mit dem Raspberry Pi

- Projekte: viele spannende Ideen für Einsteiger und Fortgeschrittene

- Servocam, Luftraumüberwachung, Smartlight-Steuerung u. v. m.

- Fingersensor, OLED-Display, ePaper-Display, Feinstaubmessgerät, Wassermelder

- Smart-Home mit Home Assistant

Autoren/Hrsg.

Kofler, Michael

Kühnast, Charly

Scherbeck, Christoph

Fachgebiete

• Mathematik | Informatik EDV | Informatik Technische Informatik Eingebettete Systeme
• Technische Wissenschaften Elektronik | Nachrichtentechnik Elektronik Elektronik: Sachbuch, Ratgeber
• Mathematik | Informatik EDV | Informatik Technische Informatik Hardware: Grundlagen und Allgemeines

Inhaltsverzeichnis

Vorwort. 15

  Geleitwort von Eben Upton. 20

TEIL I.  Den Raspberry Pi kennenlernen. 21

  1.  Kauf und Inbetriebnahme. 23

       1.1. Kauf. 23

       1.2. Raspberry-Pi-Distributionen. 37

       1.3. Installation. 39

  2.  Erste Schritte mit Raspberry Pi OS. 43

       2.1. Basiskonfiguration. 44

       2.2. Der PIXEL Desktop. 51

       2.3. Wichtige Programme. 53

       2.4. WLAN-Konfiguration. 63

       2.5. Bluetooth-Konfiguration. 64

       2.6. USB-Sticks und -Festplatten. 65

       2.7. Drucker. 66

  3.  Arbeiten im Terminal. 69

       3.1. Erste Experimente. 69

       3.2. Eingabeerleichterungen und Tastenkürzel. 75

       3.3. Die Bourne Again Shell (bash). 78

       3.4. Arbeiten mit Administratorrechten (sudo). 84

       3.5. Textdateien lesen und ändern. 87

       3.6. Verzeichnisse und Dateien. 92

       3.7. Komprimierte Dateien und Archive. 99

       3.8. Prozessverwaltung. 103

       3.9. Netzwerkkommandos. 108

  4.  Tipps & Tricks. 113

       4.1. Raspberry Pi OS Lite. 113

       4.2. WLAN und SSH-Server vorkonfigurieren. 116

       4.3. PIXEL Desktop konfigurieren. 117

       4.4. Screenshots erstellen. 120

       4.5. Mehr Farbe im Terminal. 121

       4.6. Overclocking. 123

       4.7. USB-Booting. 127

       4.8. SSDs mit PCIe verwenden. 131

       4.9. Notfall-Tipps. 135

  5.  Arbeitstechniken. 143

       5.1. Programme installieren und verwalten. 143

       5.2. Updates. 147

       5.3. SSH. 152

       5.4. Remote-Desktop-Nutzung (VNC). 160

       5.5. Netzwerkverzeichnisse nutzen. 166

       5.6. Netzwerkverzeichnisse anbieten (Samba-Server). 171

       5.7. Internetzugriff auf den Raspberry Pi. 178

       5.8. Programme beim Systemstart ausführen. 187

       5.9. Programme regelmäßig ausführen (Cron). 188

       5.10. Monitor ein- und ausschalten. 191

       5.11. Backups erstellen. 193

  6.  Linux-Grundlagen. 199

       6.1. Benutzer und Gruppen. 200

       6.2. Zugriffsrechte. 207

       6.3. Paketverwaltung. 214

       6.4. Verwaltung des Dateisystems. 216

       6.5. Netzwerkkonfiguration. 224

       6.6. Bluetooth. 229

       6.7. Systemstart. 231

       6.8. Systemeinstellungen in config.txt. 239

       6.9. Grafiksystem. 243

       6.10. Kernel und Module. 246

       6.11. Device Trees. 249

  7.  Ubuntu. 253

       7.1. Installation. 253

       7.2. Desktop-Nutzung. 255

       7.3. Servereinsatz. 258

TEIL II.  Der Raspberry Pi als Media-Center und Spielekonsole. 259

  8.  Audioplayer mit Smartphone-Fernbedienung. 261

       8.1. Musik hören mit dem Raspberry Pi. 262

       8.2. HiFiBerry. 263

       8.3. MPD-Installation und -Konfiguration. 266

       8.4. Volumio. 274

  9.  Multimedia-Center mit Kodi und LibreELEC. 279

       9.1. Installation und Konfiguration. 280

       9.2. Anwendung. 288

10.  RetroPie. 295

       10.1. Gehäuse und Controller. 296

       10.2. Installation. 300

       10.3. Spiele starten, speichern und laden. 306

TEIL III.  Hardware-Grundlagen. 309

11.  Hardware-Einstieg. 311

       11.1. Platinenaufbau. 311

       11.2. Der BCM2712. 312

       11.3. GPIO-Kontakte. 316

       11.4. Stromversorgung. 324

       11.5. Gehäuse. 331

12.  Elektrotechnik-Crashkurs. 335

       12.1. Strom, Spannung und das ohmsche Gesetz. 335

       12.2. Grundschaltungen. 337

       12.3. Elektronische Grundbauteile. 342

       12.4. Das Multimeter. 347

       12.5. Breadboard oder Platine?. 350

       12.6. Löten. 352

       12.7. Breadboardadapter. 354

13.  LEDs, Motoren und Relais. 359

       13.1. Leuchtdioden (LEDs). 359

       13.2. Optokoppler. 377

       13.3. Elektromotoren. 378

       13.4. Schrittmotoren. 389

       13.5. Servomotoren. 399

       13.6. Relais. 406

       13.7. Remote GPIO. 409

14.  Bussysteme. 413

       14.1. SPI. 413

       14.2. Der Analog-digital-Wandler MCP3008. 422

       14.3. Der Digital-analog-Wandler MCP4811. 428

       14.4. I2C. 433

       14.5. UART. 441

       14.6. Der Audio-Bus I2S. 445

       14.7. 1-Wire. 446

15.  Sensoren. 449

       15.1. PIR-Bewegungssensor. 449

       15.2. Ultraschallsensor. 453

       15.3. Wasserstandssensor. 455

       15.4. Bodenfeuchtigkeitssensor. 457

       15.5. Temperatursensoren. 462

       15.6. Fotowiderstand. 466

       15.7. Das Multi-Analogsensor-Board PCF8591. 468

       15.8. Raspberry Pi Camera Boards. 471

       15.9. Reed-Kontakt. 483

       15.10. Hardware Real-Time Clock. 485

       15.11. IR-Empfänger. 488

       15.12. Fingerabdruck-Scanner. 490

       15.13. Leitfaden für fremde Sensoren. 498

16.  Erweiterungsboards. 501

       16.1. StromPi -- USV und Wide-Range-Spannungsversorgung. 501

       16.2. Pimoroni Zero LiPo. 505

       16.3. Raspberry-Pi-HATs. 506

       16.4. Sense HAT -- das Multitalent. 511

       16.5. Adafruit PWM/Servo-HAT. 516

17.  Displays. 521

       17.1. 7-Segment-Anzeige. 521

       17.2. 16x2-LC-Display. 524

       17.3. PiTFT -- der Touchscreen für den Raspberry Pi. 526

       17.4. Kfz-Rückfahrmonitore. 530

       17.5. Das offizielle Raspberry-Pi-Touchdisplay. 534

       17.6. PaPiRus -- das E-Paper-Display. 539

TEIL IV.  Programmierung. 547

18.  Python kennenlernen. 549

       18.1. Python ausprobieren. 550

       18.2. Python-Konzepte interaktiv kennenlernen. 552

       18.3. Eigene Scripts programmieren. 562

19.  Python-Grundlagen. 567

       19.1. Elementare Syntaxregeln. 567

       19.2. Variablen und Objekte. 572

       19.3. Operatoren. 578

       19.4. Verzweigungen (if). 580

       19.5. Schleifen (for und while). 582

       19.6. Zeichenketten. 588

       19.7. Listen. 593

       19.8. Umgang mit Fehlern (Exceptions). 597

       19.9. Funktionen. 602

       19.10. Objektorientiertes Programmieren. 612

       19.11. Systemfunktionen. 617

       19.12. Externe Module installieren (pip). 620

20.  Python-Programmierung. 623

       20.1. GPIO-Zugriff mit gpiozero. 623

       20.2. GPIO-Zugriff mit lgpio. 631

       20.3. GPIO-Zugriff mit rpi-lgpio. 632

       20.4. GPIO-Zugriff mit gpiod. 634

       20.5. Reset/Shutdown-Taste. 634

       20.6. Kamera. 637

       20.7. E-Mails versenden. 642

       20.8. Textdateien lesen und schreiben. 646

       20.9. Grafikprogrammierung. 650

       20.10. Grafische Benutzeroberflächen mit tkinter. 657

       20.11. matplotlib. 669

21.  bash-Programmierung. 675

       21.1. Einführung. 675

       21.2. Variablen. 679

       21.3. Schleifen, Bedingungen und Funktionen. 684

       21.4. GPIO-Steuerung per Kommando. 695

       21.5. GPIO-Informationen ermitteln. 697

       21.6. Die Kommandos 'gpioget' und 'gpioset'. 700

       21.7. Das Kommando pinctrl. 705

22.  C-Programmierung. 707

       22.1. Hello World. 707

       22.2. GPIO-Steuerung mit C. 711

23.  PHP-Programmierung. 715

       23.1. Apache installieren und konfigurieren. 716

       23.2. Webverzeichnisse einrichten und absichern. 718

       23.3. HTTPS. 724

       23.4. PHP installieren und konfigurieren. 728

       23.5. MariaDB installieren und administrieren. 730

       23.6. 'Hello World' in PHP. 735

       23.7. GPIO-Steuerung mit PHP. 737

       23.8. Kamerafunktionen mit PHP nutzen. 741

24.  Mathematica und die Wolfram Language. 745

       24.1. Arbeiten mit Mathematica. 746

       24.2. Programmieren mit der Wolfram Language. 752

       24.3. Grafische Darstellung von Temperaturdaten. 758

TEIL V.  Projekte. 763

25.  Der Raspberry Pi im Vogelhaus. 765

       25.1. Einbau des Raspberry Pi samt Kameramodul in ein Vogelhaus. 765

       25.2. Kamerapraxis. 768

       25.3. Bewegungserkennung mit motion. 771

       25.4. Das Vogelhaus im praktischen Einsatz. 774

26.  Zeitmessung mit Lichtschranken. 777

       26.1. Versuchsaufbau (Hardware). 777

       26.2. Programmcode. 780

27.  Das autonome Auto. 783

       27.1. Der Bau des Autos. 783

       27.2. Die Software. 792

28.  RFID-Türöffner mit Zutrittskontrolle. 795

       28.1. RFID-Hardware. 796

       28.2. Software. 798

       28.3. Erweiterungsmöglichkeiten und Tipps. 804

29.  Stromzähler auslesen. 807

       29.1. Stromzähler-Grundlagen. 807

       29.2. Einführung in RRDtool. 811

       29.3. Zählerdaten speichern und zu Graphen aufbereiten. 816

30.  Hausautomation mit Netzwerksteckdosen. 819

       30.1. Einführung. 819

       30.2. Programmierung. 821

31.  Die Schalthebel der Nacht. 833

       31.1. Vorbereitung. 833

       31.2. Der Lux-Sensor. 834

       31.3. IKEAs Trådfri-Beleuchtungssystem mit Linux steuern. 837

       31.4. Philips-Hue-Leuchten ansteuern. 840

       31.5. Lichtstärke messen, Leuchten steuern. 843

32.  Ort und Zeit per GPS empfangen. 847

       32.1. Haben Sie Zeit? Eine Uhr für den Raspberry Pi. 847

       32.2. Ortsbestimmung mit dem Raspberry Pi. 855

33.  Klingel-Pi -- der Türglockenverstärker. 861

       33.1. Geräuschsensor anschließen. 861

       33.2. Software. 862

34.  DLNA-Server. 865

       34.1. Inbetriebnahme ohne Tastatur und Monitor. 866

       34.2. ReadyMedia alias miniDLNA. 869

       34.3. Read-only-Konfiguration. 871

35.  Pi-hole (Ad-Blocker). 873

       35.1. Installation. 874

       35.2. Client-Konfiguration. 877

       35.3. Weboberfläche. 878

36.  WLAN-Router. 881

       36.1. Basiskonfiguration. 881

       36.2. Routerkonfiguration mit 'nmcli'. 882

       36.3. RaspAP. 886

37.  NAS mit openmediavault. 891

       37.1. Voraussetzungen. 893

       37.2. Installation. 895

       37.3. Konfiguration. 895

38.  Home Assistant. 903

       38.1. Installation. 904

       38.2. Setup des eigenen Smart Homes. 905

       38.3. Terminal, SSH und Backups. 916

39.  Luftraumüberwachung. 919

       39.1. Technischer Hintergrund und Hardware. 919

       39.2. Software. 921

40.  Die Servokamera. 925

       40.1. Die Hardware. 926

       40.2. Die Python-Software. 926

       40.3. Die Streaming-Software. 929

       40.4. Die Weboberfläche. 930

41.  PomodoPi. 935

       41.1. Der Bodenfeuchtigkeitssensor. 935

       41.2. Die Blumenampel. 943

       41.3. Die automatische Bewässerung. 945

       41.4. Photosynthese sichtbar machen. 950

42.  Wassermelder mit Handyalarm. 953

       42.1. Hardware. 953

       42.2. Push-Benachrichtigungen mit Pushover. 955

       42.3. IFTTT. 958

43.  Dicke Luft -- Feinstaubmessung und Innenluftqualität. 961

       43.1. Was ist Feinstaub?. 961

       43.2. Welcher Sensor kann PM10 und PM2.5 messen und wie funktioniert das?. 962

       43.3. Anschauliche Grafiken im Web. 966

       43.4. Luftqualitätssensor für den Innenraum. 970

44.  PXE-Boot: Ohne Speicherkarte vom NAS booten. 973

       44.1. Das NAS-System vorbereiten. 973

       44.2. Den Raspberry Pi und sein Betriebssystem vorbereiten. 977

TEIL VI.  Raspberry Pi Pico. 985

45.  Die Hardware. 987

       45.1. Der Microcontroller RP2040. 988

       45.2. Platinenaufbau. 989

46.  MicroPython-Programmierung. 995

       46.1. Hello MicroPython!. 995

       46.2. Programmiertechniken. 1002

       46.3. Pico-Webserver. 1012

47.  CO2-Ampel. 1019

       47.1. Hardware. 1019

       47.2. Software. 1022

48.  Ultraschall-Entfernungsmessung. 1025

       48.1. Ultraschallsensor anschließen und auswerten. 1025

       48.2. Ultraschallampel. 1028

  Index. 1031

Über Autor(innen)

Scherbeck, Christoph
Christoph Scherbeck, Jahrgang 1985, ist begeisterter Raspberry-Pi-Bastler. Er ist gelernter Mechatroniker und Maschinenbautechniker. Privat betreibt er die Website elektronx.de, auf der er seine Bastelprojekte mit dem Raspberry Pi beschreibt.

Kühnast, Charly
Charly Kühnast, Jahrgang 1973, veröffentlicht bereits seit seinem vierzehnten Lebensjahr Fachartikel, Kolumnen und Glossen zu IT-Themen. Anfang der 90er lernte er auf einer Veranstaltung des Chaos Computer Club, dem er seit vielen Jahren angehört, das Betriebssystem Linux kennen. Seit dem Abschluss seines Studiums arbeitet er beim Kommunalen Rechenzentrum Niederrhein in Kamp-Lintfort. Dort ist er für die Verfügbarkeit und Sicherheit der Internet-Infrastruktur verantwortlich. Daneben gibt er sein Wissen als Lehrbeauftragter an verschiedenen Hochschulen weiter.

Kofler, Michael
Michael Kofler hat Telematik an der TU Graz studiert und ist einer der erfolgreichsten deutschsprachigen IT-Fachbuchautoren. Zu seinen Themengebieten zählen neben Linux auch IT-Sicherheit, Python, Swift, Java und der Raspberry Pi. Er ist Entwickler, berät Firmen und
arbeitet als Lehrbeauftragter.