Raspberry Pi für Kids - Michael Weigend - E-Book

Raspberry Pi für Kids E-Book

Michael Weigend

4,5

Beschreibung

  • Spannende Spiele sowie Projekte wie Autosimulator, Temperaturmessung und Überwachungskamera
  • Einfache Programmierbeispiele mit Scratch und Python
  • Für Raspberry Pi 5, 4, 3 und Raspberry Pi Zero WH
  • Ab 12 Jahre, aber auch für Erwachsene, die eine wirklich einfache Einführung suchen

Raspberry Pi von Grund auf kennenlernen

Du lernst, wie du deinen Raspberry Pi zum Laufen bringst, Software installierst und sogar deine eigenen Spiele programmierst! Außerdem gibt es jede Menge spannende Projekte mit Sensoren und anderen Gadgets. Dafür eignet sich selbst das günstige Modell Raspberry Pi Zero. Mit dabei ist auch eine Liste der benötigten Hardware inklusive Sensoren.

Programmieren ohne Vorkenntnisse

Du musst kein Technik-Nerd sein, um loszulegen! Mit der visuellen Programmiersprache Scratch erstellst du kinderleicht deine eigenen Spiele, Animationen und sogar einen Autosimulator. Für coole Experimente mit Sensoren, Kameras und Co. tauchen wir in die Welt von Python ein. Am Ende jedes Kapitels warten spannende Aufgaben mit Lösungen auf dich, damit du dein Wissen testen und vertiefen kannst.

Spannende Projekte und Elektronik-Experimente

Sei bereit für zahlreiche Elektronik-Projekte mit einfachen Schritt-für-Schritt-Anleitungen! Du lernst, wie du Programme schreibst, die Blinkmuster erzeugen, LED-Strips steuern und sogar Hindernisse im Dunkeln mit Ultraschall erkennen. Außerdem kannst du Morsezeichen senden, Temperaturen messen, mit einer Kamera den Garten beobachten und das Livebild automatisch auswerten.

Aus dem Inhalt:

  • Einführung in Scratch und Programmierung kleiner Spiele
  • Grundlagen von Python
  • Leuchtdioden steuern
  • Steuerung mit Schaltern
  • Datensammlungen verarbeiten
  • Projekte mit dem Ultraschallsensor
  • Temperaturmessung
  • Grafische Benutzungsoberflächen und Animation
  • Projekte mit der Kamera

Zum Download:

  • Zwei Bonuskapitel und der Code für alle Projekte

Systemvoraussetzungen: Windows, Linux oder macOS

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Seitenzahl: 312

Veröffentlichungsjahr: 2024

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Inhaltsverzeichnis
Raspberry Pi für Kids
Programmieren lernen und experimentieren mit Elektronik, Scratch und Python
Impressum
Einleitung
Wie liest man eine Anleitung?
Zum Aufbau dieses Buchs
Aufbau der Kapitel
Downloads auf der Webseite zum Buch‌
Kapitel 1: Der Raspberry Pi
Von der Hauptplatine‌ zum lauffähigen Computer
Das Wichtigste zuerst
Aufbau des Raspberry Pi 5‌
Aufbau des Raspberry Pi Zero WH ‌
Das Betriebssystem‌ installieren‌
Ein Speicherabbild‌ (Image‌) herunterladen
Den Raspberry Pi das erste Mal starten und konfigurieren‌
Stromversorgung
Konfiguration des RPi
Die Sprache ändern‌
Das Passwort ändern‌
Den Desktop sofort verfügbar machen
Der Desktop‌
Den RPi ausschalten
Die Ansicht des Desktops ändern
Den RPi mit dem Funknetz ‌verbinden
‌‌Empfohlene Software installieren
Mathematica‌ ausprobieren
Mit dem Datei-Manager arbeiten
Der Linux-Verzeichnisbaum‌
Dateien auf einen USB-Memorystick‌kopieren
Im LXTerminal Linux‌-Befehle eingeben
Durch den Verzeichnisbaum navigieren
Benutzerverwaltung
Das System aktualisieren
Den RPi ohne Tastatur und Maus nutzen – Virtual Network Computing ‌ (VNC)
Fragen
Aufgabe: Hintergrundbild
Antworten zu den Fragen
Lösung der Aufgabe
Hintergrundbild
Kapitel 2: Autorennen und Meteore – Wie programmiert man mit Scratch?
Scratch‌ starten
Projekt‌ 1: »Huuuh!« – Das erste Scratch-Projekt
Ein neues Projekt beginnen
Eine Katze bewegt sich und spricht
Kostüme‌ – Die Katze wird zum Geist
Es werde Nacht! Der Hintergrund‌
Projekt 2: Formel 1‌
Die Rennstrecke
Das Auto
Erweiterung: Gas geben und bremsen
Projekt 3: Hilfe, Meteore!‌
Die Bühne
Die Figuren
Die Skripte
So funktioniert's
Erweiterung: Uhr‌‌ und Zähler
Erweiterung: Mehr Meteore!
Studios‌ auf der Scratch-Webseite
Scratcher werden
Ein Projekt hochladen‌
Remixen‌
Fragen
Aufgaben
Landung‌ auf dem Asteroiden‌
Die Assel‌ im Labyrinth‌
Lösungen
Landung auf dem Asteroiden‌
Die Assel im Labyrinth‌
Antworten zu den Fragen
Kapitel 3: Steuern mit Schaltern und Schall
Was blinkt denn da? Mit dem Raspberry Pi Leuchtdioden‌ steuern
Einen Widerstand‌ mit einem Multimeter‌ messen
Die GPIO-Schnittstelle‌
Eine Leuchtdiode‌ an den GPIO anschließen
Eine Leuchtdiode mit Scratch steuern ‌
Projekt 4: SOS‌ – ein Blinkmuster‌ programmieren
Schalter‌
Den Schalter‌ testen
Projekt 5: Zähler
Ein Mikrofon‌ einrichten
Audio
Klänge aufnehmen und abspielen
Mit Scratch Klänge aufnehmen und abspielen
Was macht eine Soundkarte‌?
Projekt 6: Magische Worte – Spracherkennung‌
Was sieht man?
Wie funktioniert das?
Fragen
Aufgabe: Schallmesser‌
Antworten zu den Fragen
Lösung der Aufgabe
Schallmesser
Kapitel 4: Interaktive Spiele und Simulatoren
Einfacher geht's nicht: Simple Electronics‌
Projekt 7: Pong‌
Ein Schalter aus Pappe und Alufolie
Ein fliegender Ball
Der Schläger
Es geht auch anders: Parallele Prozesse‌
Projekt 8: Hilf der Ente‌!
Projekt 9: Mücken fangen
Die Hardware
Die Software
Projekt 10: Formel 1 mit selbst gebauter Konsole‌
Die Hardware
Die Software
Fragen
Aufgabe: Mondlandung‌
So gehst du vor:
Antworten zu den Fragen
Lösung der Aufgabe
Kapitel 5: Einstieg in Python
Was ist Python?
Was ist eine Entwicklungsumgebung?
IDLE einrichten
Die IDLE-Shell‌
Zwei wichtige ‌Tastenkombinationen
Die Python-Shell als Taschenrechner‌
Das erste Python-Skript‌
Ein neues Projekt‌ anlegen
Das Skript ausführen
Ein Python-Programm‌ in der Konsole starten
Ein Programm mit grafischer Benutzungsoberfläche‌
Interaktive Programme
Persönliche Begrüßung‌
Das EVA-Prinzip‌
Projekt 11: Bremsweg‌
Namen und Zuweisungen‌
Einfache Zuweisungen
Zuweisungen mit mehreren Variablen
Welche Namen sind erlaubt?
Fragen
Aufgaben
Aufgabe 1: Formeln berechnen
Aufgabe 2: Variablen und Werte
Aufgabe 3: Zuweisungen visuell
Aufgabe 4: Ausdrücke
Aufgabe 5: Wie viele Kalorien hat der Kuchen?
Beispieldialog
Antworten zu den Fragen
Lösung der Aufgaben
Lösung 1: Formeln berechnen
Lösung 2: Variablen und Werte
Lösung 3: Zuweisungen visuell
Lösung 4: Ausdrücke
Lösung 5: Wie viele Kalorien hat der Kuchen?
Programm
So funktioniert's
Kapitel 6: Der Computer trifft Entscheidungen
Programmverzweigungen ‌
Einfache Verzweigung‌ (if) ‌
Beispieldialog
Programm
So funktioniert's
Zweifache Verzweigung (if-else)
Programmlauf 1 (Bedingung erfüllt)
Programmlauf 2 (Bedingung nicht erfüllt)
Programm
So funktioniert's
Projekt 12: Welcher Kunststoff ist das?
Programmlauf
Programm
So funktioniert's
Bedingungen‌
Wahrheitswerte‌ von Zahlen
Bedingte Wiederholung‌ – die while‌-Anweisung
Projekt 13: Zahlenraten‌
Spiel geht so: Der Computer wählt eine Zufalls
Programm
So funktioniert's
Lichtsignale‌
Die LED steuern – das Modul gpiozero‌
Projekt 14: Einfaches Blinklicht‌
Programm
So funktioniert's
Projekt 15: Partylicht‌
Programm
So funktioniert's
Fragen
Aufgaben
Aufgabe 1: Sport oder nicht Sport?
Aufgabe 2: SOS
Antworten zu den Fragen
Lösung der Aufgaben
Lösung 1: Sport oder nicht Sport?
Programm
So funktioniert's
Lösung 2: SOS
Programm
So funktioniert's
Kapitel 7: Schalter und Funktionen
Schalter‌
Einen Schalter‌ testen
Programm
So funktioniert's
Projekt 16: Zähler‌
Programmlauf (Beispiel)
Programm
So funktioniert‘s
Erweiterung für Experten: Daten speichern
Projekt 17: Ein Türgong‌ – Klangdateien abspielen
Sound auf dem RPi
Klangdateien‌ abspielen
Programm
So funktioniert's
Der Türschalter‌ als Auslöser
Programm
So funktioniert's
Projekt 18: Alarmanlage‌
Das passiert
Hardware und Software
Programm
So funktioniert's
Schalter an Funktionen koppeln
Programm
So funktioniert's
So definierst du eine Funktion
Eine einfache Funktion
Programm
So funktioniert's
Eine Funktion im Hauptprogramm aufrufen
Programmlauf (Beispiel)
Programm
So funktioniert's
Funktionen können Werte zurückgeben
So funktioniert's
Die Funktion testen
Projekt 19: Wie groß ist die Fensterfläche des Hauses?
Programmlauf (Beispiel)
Programm
So funktioniert's
Projekt 20: Notruf
Programm
So funktioniert's
Fragen
Aufgaben
Aufgabe 1: Kalorienverbrauch‌
Aufgabe 2: Jukebox‌
Antworten zu den Fragen
Lösung der Aufgaben
Lösung 1: Kalorienverbrauch
Programm
So funktioniert's
Lösung 2: Jukebox
Programm
So funktioniert’s
Kapitel 8: Datensammlungen verarbeiten
Kollektionen
Sequenzen
Mengen
Sequenzen verarbeiten
Alles hat eine Nummer: Index
Auf Elemente zugreifen
Die Länge von Sequenzen
Sequenzen verbinden
Ein Element finden
Projekt 21: Die Planeten‌
Auszug aus einem Programmlauf (Beispiel)
Programm
So funktioniert's
Iteration‌ – die for‌-Anweisung
Projekt 22: Lichtorgel
Programm
So funktioniert's
Projekt 23: Lichtsteuerung mit MOSFETs
Listen‌ verändern
Zufallsfunktionen‌ für Sequenzen
Projekt 24: Kartenziehen‌
Programmlauf (Beispiel)
Programm
So funktioniert's
Zahlenfolgen‌ – die Funktion range()‌
Dictionaries
Projekt 25: Vokabeln lernen‌
Programmlauf (Beispiel)
Programm
So funktioniert's
Projekt 26: Professionelle Lichtsteuerung
Programm
So funktioniert's
Fragen
Aufgaben
Aufgabe 1: Horoskop‌
Aufgabe 2: Ein Dimmer‌ für LEDs
Antworten zu den Fragen
Lösung der Aufgaben
Lösung 1: Horoskop
Programm
So funktioniert's
Lösung 2: Ein Dimmer für LEDs
Programm
So funktioniert's
Kapitel 9: Projekte mit dem Ultraschallsensor
Wie arbeitet ein Ultraschallsensor‌?
Der Hardware-Aufbau
Projekt 27: Messung des Abstands‌
Programmlauf
Programm
So funktioniert's
Projekt 28: Sehen mit Ultraschall‌
Programm
So funktioniert’s
Autostart
Projekt 29: Der Begrüßungsautomat‌
Callback-Funktionen
Text-to-Speech‌ mit espeak
Programmierung
Programm
So funktioniert's
Weiterentwicklung
Fragen
Aufgaben
Aufgabe 1: Radarfalle
Aufgabe 2: Abstandswarnung
Antworten zu den Fragen
Lösung der Aufgaben
Lösung 1: Radarfalle
Programm
So funktioniert's
Lösung 2: Abstandswarnung
Programm
So funktioniert's
Kapitel 10: Temperaturmessungen
Wie schließt man einen digitalen Temperatursensor an?
Temperaturdaten‌ lesen
Projekt 30: Temperaturveränderungen messen
Ausgabe (Beispiel)
Programm
So funktioniert's
Eine Programmdatei als Modul‌ verwenden
Programm
So funktioniert's
Programm
So funktioniert's
Projekt 31: Daten als CSV-Datei‌ speichern
Programm
So funktioniert's
Anregungen für Experimente
Daten auf einem OLED-Display‌ anzeigen
Das OLED-Display anschließen und I2C aktivieren
Software in einer virtuellen Umgebung‌ installieren
Programmierung: Auf dem Display einen Text anzeigen
Das Programm in der virtuellen Umgebung starten
Projekt 32: Digitales Thermometer‌
Programm
So funktioniert’s
Fragen
Aufgaben
Aufgabe 1: Maximum und Minimum
Aufgabe 2: Kalt – warm – wärmer – heiß
Antworten zu den Fragen
Lösung der Aufgaben
Lösung 1: Maximum und Minimum
Programm
So funktioniert's
Lösung 2: Kalt – warm – wärmer – heiß
Programm
So funktioniert's
Kapitel 11: Grafische Benutzungsoberflächen
Wie macht man eine Benutzungsoberfläche‌?
Projekt 33: »Du siehst heute gut aus!«
Programm
So funktioniert's
Widgets‌ gestalten
Das Layout‌
Bilder auf Widgets
Farben‌
Projekt 34: Farbmischer‌
Das Entry-Widget‌
Programm
So funktioniert's
Projekt 35: Flaggensprache‌
Vorbereitung
Raster-Layout‌
Programmierung
Programm
So funktioniert's
Projekt 36: Gymnastik mit Ultraschall
Vorbereitung
Programmierung
Programm
So funktioniert's
Auswählen mit Radiobuttons und Checkbuttons
Projekt 37: Farbenwahl
Programm
So funktioniert's
Projekt 38: Eine kreative Digitaluhr‌
Zeit-Objekte‌
Programmierung
Programm
So funktioniert’s
Weiterentwicklung
Fragen
Aufgaben
Aufgabe 1: Stoppuhr
Aufgabe 2: Farbthermometer
Antworten zu den Fragen
Lösung der Aufgaben
Lösung 1: Stoppuhr
Programm
So funktioniert’s
Lösung 2: Farbthermometer
Programm
So funktioniert's
Kapitel 12: Projekte mit der Kamera‌
Das Kameramodul‌
Die Kamerasoftware
Projekt 39: Bewegung erkennen‌
Programm
So funktioniert's
Projekt 40: Schlüssel aus Farben‌
Programm
So funktioniert's
Fragen
Aufgabe: Bewegungsspuren‌
Antworten zu den Fragen
Lösung der Aufgabe
Bewegungsspuren
Programm
So funktioniert's
Anhang A: Hinweise für Eltern und Lehrer
Welche Hardware‌ braucht man?
Die Einkaufsliste‌
Starter-Kit
Steckplatine und einfache elektronische Bauteile
Sensoren
RPi-Kameramodul
Post aus aller Welt – im Internet bestellen
Wie arbeitet man mit dem Buch?

Michael Weigend

Raspberry Pi für Kids

Programmieren lernen und experimentieren mit Elektronik, Scratch und Python

Impressum

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

ISBN 978-3-7475-0837-4 5. Auflage 2024

www.mitp.de E-Mail: [email protected] Telefon: +49 7953 / 7189 - 079 Telefax: +49 7953 / 7189 - 082

© 2024 mitp Verlags GmbH & Co. KG

Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.

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Lektorat: Janina Vervost Sprachkorrektorat: Petra Heubach-Erdmann, Christine Hoffmeister Coverbild: © antalogiya / shutterstock.com Satz: III-satz, Kiel, www.drei-satz.deelectronic publication: III-satz, Kiel, www.drei-satz.de

Einleitung

Der Raspberry Pi – kurz RPi oder Raspi – ist ein kleiner Computer zum Basteln und Erfinden. Er kostet nicht viel und alle Software, die man für seinen Betrieb braucht, ist völlig umsonst. Er verleitet zum Spielen und Ausprobieren – aber er ist kein Spielzeug. Der Raspberry Pi arbeitet zuverlässig und wird für ernsthafte Projekte in Wissenschaft und Technik verwendet.

Ein Computer besteht aus Hardware und Software. Die Hardware ist all das, was man sehen und anfassen kann (Raspberry Pi, Tastatur, Monitor). Die Software sind Daten und die Programme, die auf dem Computer laufen und sein Verhalten steuern. Ein Schwerpunkt dieses Buchs ist die Programmierung. Wir verwenden die beiden Programmiersprachen Scratch und Python.

Scratch ist eine Programmiersprache für Anfänger. Du baust Computerprogramme mit der Maus aus Bausteinen auf dem Bildschirm zusammen. Da kann man nicht viel falsch machen und ganz schnell einige Grundideen der Programmierung lernen. Mit Scratch programmierst du Animationen, Spiele und Messgeräte mit grafischer Anzeige auf dem Bildschirm.

Python ist eine Programmiersprache für Profis, die leicht zu lernen ist und auch in der Industrie für große und spezielle Projekte verwendet wird. Mit Python entwickelst du Programme, die Daten von Sensoren oder Kamerabilder auswerten, Steuerungen für LEDs und vieles mehr.

Das Besondere beim RPi gegenüber einem normalen Computer (PC, Laptop, Tablet) ist, dass du die Hardware verändern und erweitern kannst. Im Prinzip baust du bei jedem Projekt deinen eigenen Computer aus Einzelteilen zusammen. Die Einzelteile sind (neben dem RPi) vor allem

elektronische Geräte wie Monitor, Lautsprecher, Mikrofon, Funksteckdose, Maus und Tastatur, die wahrscheinlich du schon zu Hause hast und die du auch für andere Zwecke verwenden kannst,

elektronische Schaltungen, die du auf einer Steckplatine aus preiswerten kleineren Bauteilen (z.B. Widerstände, Sensoren und Leuchtdioden) zusammensetzt,

Schalter und andere mechanische Teile, die du aus Pappe, Alufolie, Draht, Klebeband und anderen Alltagsmaterialien in wenigen Minuten bastelst,

einige spezielle Geräte wie das RPi-Kameramodul.

Wie liest man eine Anleitung?

In diesem Buch findest du viele Schritt-für-Schritt-Anleitungen zum Bauen und zum Programmieren. Es ist manchmal gar nicht so einfach solche Texte zu verstehen. Nach meiner Erfahrung hilft es, wenn du folgende drei Regeln beachtest:

Schritt für Schritt! Du liest nur den nächsten Schritt der Anleitung und versuchst das Gelesene zu verstehen. Lies nicht weiter, sondern konzentriere dich nur auf diesen Schritt.

Keine Angst vor Fehlern! Auch wenn du noch Zweifel hast, alles vollständig verstanden zu haben, beginnst du, die Anweisungen eines Schritts in die Tat umzusetzen. Dazu brauchst du (gerade bei den ersten Schritten) etwas Mut.

Verstehen heißt Experimentieren! Wenn du einen Schritt umgesetzt hast, schaust du dir das Ergebnis an. Stimmt es mit dem überein, was in der Anleitung beschrieben wird? Falls nein, liest du noch einmal den Schritt durch. Vielleicht kann man eine Passage auch irgendwie anders verstehen. Probiere eine andere Interpretation aus!

Zum Aufbau dieses Buchs

In Kapitel 1 geht es zunächst um die Vorbereitung des Raspberry Pi. Dazu gehört vor allem die Installation des Betriebssystems (Raspbian). Du erfährst, wie du Anwendungssoftware und Spiele installierst und wie du den Raspberry Pi als »Mediacenter« nutzt, mit dem du Musik hören und Filme anschauen kannst. Es werden keine besonderen Vorkenntnisse vorausgesetzt. Alles, was wichtig ist, wird erklärt.

In Kapitel 2 bis Kapitel 4 steigst du in die Programmierung vom Scratch ein. Du setzt aus Bausteinen Programmtexte zusammen. Das geht leicht und schnell. So programmierst du Videos, Spiele, einen Autosimulator und vieles mehr.

Ab Kapitel 5 entwickelst du Projekte mit der Programmiersprache Python. Du schreibst Programme, die Leuchtdioden ansteuern, Temperaturen messen oder mit einem Ultraschallsensor Eindringlinge in dein Zimmer erkennen. Mit einer Kamera beobachtet dein Raspberry Pi den Garten. Ein Python-Programm kann das Livebild der Kamera automatisch auswerten. Dein Computer kann Bewegungen erfassen und darauf reagieren oder ein Farbmuster auf einer Schlüsselkarte erkennen. Das klingt alles sehr kompliziert. Dennoch sind die Programmbeispiele klein (fast immer weniger als eine Seite). Du kannst sie schnell aufschreiben, testen und weiterentwickeln.

Im Anhang ist ein Kapitel für Eltern und Lehrer. Dort gibt es auch eine Auflistung der Geräte und elektronischen Bauteile, die du für deine Projekte brauchst. Zum Glück kann man heute alles bequem über das Internet bestellen. Aber bei Online-Geschäften solltest du deine Eltern um Hilfe bitten.

Aufbau der Kapitel

Noch ein paar Dinge zum Aufbau der einzelnen Kapitel. Gegen Ende jedes Kapitels findest du kleine Fragen zum Inhalt, die anregen sollen, noch einmal über die wichtigsten Punkte des Kapitels nachzudenken. Manchmal gibt es hier auch Dinge zum Ausprobieren.

Danach kommen Aufgaben, bei denen etwas programmiert werden soll. Es sind Vorschläge für weitere Projekte aus der Thematik des jeweiligen Kapitels. Meistens gibt es sehr viele Hinweise und Hilfen.

Ganz zum Schluss des Kapitels sind vollständige Lösungen zu den Aufgaben und Fragen.

Hinweise und Hintergrundinformationen

Die Kästen mit dem Ausrufezeichen bieten – kurz und knapp – zusätzliche Informationen zu Punkten, die in dem jeweiligen Projekt eine besondere Rolle spielen.

Praktische Tipps

In den Kästen mit dem Erste-Hilfe-Koffer findest du praktische Tipps und Lösungshilfen für Probleme, die an dieser Stelle auftreten können.

Downloads auf der Webseite zum Buch‌

Alle Programmtexte kannst du von der Webseite zu diesem Buch herunterladen. Die Adresse ist http://www.mitp.de/0835. Dort findest du auch noch zwei Bonuskapitel über wissenschaftliche Projekte sowie Webserver mit dem Raspberry Pi. Die Programmbeispiele kannst du dir als zip-Archiv herunterladen. Klicke in dem Kasten Downloads auf den Link Programmbeispiele. Speichere die Datei in einen geeigneten Ordner und entpacke das Archiv. Du erhältst zu jedem Kapitel, in dem Projekte beschrieben werden, einen Ordner mit den Programmbeispielen. Eine genaue Schritt-für-Schritt-Anleitung, wie du auf deinem Raspberry Pi die Texte downloadest, findest du in Kapitel 5.

Kapitel 1: Der Raspberry Pi

Im ersten Kapitel geht es darum, wie du den Raspberry Pi zu einem funktionierenden Computer ausbaust und Software installierst.

Du lernst das Betriebssystem Linux‌ kennen. Schon mal davon gehört? Wir verwenden die Distribution Raspberry Pi OS, die auf den Raspberry Pi zugeschnitten ist. Du kopierst Dateien, richtest neue Benutzer ein, verbindest den Raspberry Pi mit dem Funknetz und installierst Spiele und nützliche Software.

Das Betriebssystem‌ installieren‌

Im letzten Abschnitt ging es um die Hardware des Computers, also die Dinge, die man anfassen kann. Aber damit der Raspberry Pi tatsächlich arbeiten kann, braucht er auch Software. Das sind Programme und Daten, also Sachen, die es zwar gibt, die man aber nicht anfassen kann. Die wichtigste Software für den Computer ist das Betriebssystem. Es verwaltet das Speichern von Daten, regelt die Verbindung zu Tastatur, Maus und den anderen angeschlossenen Geräten, und es bietet eine Benutzungsoberfläche. Kurz und knapp: Es ist für die Grundfunktionen des Computers zuständig. Ohne ein Betriebssystem funktioniert kein Computer. In diesem Abschnitt geht es also darum, wie du das Betriebssystem auf deinen Raspberry Pi bringst. Dazu brauchst du einen anderen Computer (z.B. einen Apple Mac oder einen Windows-Rechner). Wenn du selbst keinen eigenen Rechner besitzt, musst du jemanden bitten, dir zu helfen.

Für den Raspberry Pi gibt es mehrere Betriebssysteme. Wir verwenden in diesem Buch Raspberry Pi OS, eine Linux-Variante (genauer: Debian), die besonders gut für den Raspberry Pi geeignet ist. Das Betriebssystem muss auf der SD-Karte installiert werden. Wie das geht, wird nun Schritt für Schritt erklärt.

Ein Speicherabbild‌ (Image‌) herunterladen

Die SD-Karte musst du auf einem PC, Mac oder Laptop vorbereiten. Für diesen Computer brauchst du auch einen SD-Kartenleser. Das ist ein kleines Gerät, das man an eine USB-Buchse anschließen kann.

Wenn du im Umgang mit Computern unerfahren bist, könntest du in diesem Abschnitt die Hilfe eines Experten gebrauchen.

Auf der Raspberry-Pi-Webseite http://www.raspberrypi.org/downloads findest du die Software, die du benötigst. Als Erstes lädst du die App Raspberry Pi Imager für deinen PC oder Mac herunter und installierst sie. Lege deine SD-Karte in den SD-Kartenleser ein und starte die App Raspberry Pi Imager‌. Normalerweise erscheint jetzt eine Box mit der Frage »Möchten Sie zulassen, dass durch die App Änderungen an Ihrem Gerät vorgenommen werden?« Du klickst auf Ja.

Abb. 1.4: Raspberry Pi Imager

Zuerst klickst du auf die Schaltfläche MODELL WÄHLEN und wählst dein Raspberry-Pi-Modell aus. Beachte, dass die Auswahlliste rechts einen Scrollbalken hat und du nach unten scrollen kannst. Es gibt außer den drei Modellen, die in Abbildung 1.5 zu sehen sind, noch weitere.

Abb. 1.5: Raspberry-Pi-Modell auswählen

Dann klickst du auf OS WÄHLEN. Es werden dir unterschiedliche Betriebssysteme angeboten. Du wählst Raspberry Pi OS‌ aus. Die anderen Betriebssysteme sind meist für spezielle Anwendungszwecke. Zum Beispiel kannst du mit LibreELEC‌ ein Multimediacenter einrichten oder mit Repetier-Server ein spezielles Betriebssystem für 3D-Druck installieren. Das ist auch spannend, aber in diesem Buch geht es vor allem um Programmierung und dazu brauchst du Raspberry Pi Os, das auf allen RPi-Modellen läuft.

Zum Schluss klickst du auf die rechte Schaltfläche und wählst deine SD-Karte aus. Das ist ganz einfach. Weil du nur eine einzige SD-Karte angeschlossen hast, wird in der Auswahlliste auch nur eine einzige SD-Karte angeboten. Die klickst du an.

Klicke jetzt unten rechts auf weiter.

In einer Nachrichten-Box erscheint die Frage »Möchten Sie die vorher festgelegten OS-Anpassungen übernehmen?« Du möchtest sicher wissen, was du da übernimmst. Deshalb klickst du auf den linken Button Einstellungen bearbeiten. Dann öffnet sich ein Fenster wie in Abbildung 1.6.

Abb. 1.6: Voreinstellungen für das Betriebssystem

Bei den Einstellungen, die du ändern möchtest, musst du zuerst links eine Checkbox anklicken.

Der Hostname ist der Name, mit dem du deinen Raspberry Pi ansprechen möchtest, wenn du mit VNC von einem anderen Rechner aus eine Verbindung aufbaust.

Praktisch ist, dass die Einstellungen zum WLAN übernommen werden. Hier änderst du nichts, wenn der RPi in dem gleichen WLAN laufen soll wie der Rechner, auf dem du die SD-Karte einrichtest.

Als Benutzername nehme ich gerne »pi«. Das ist ein schöner kurzer Name. Aber er ist natürlich leicht zu erraten. Deshalb solltest du diesen Namen nur dann nehmen, wenn auf deinem RPi keine wichtigen Daten gespeichert werden, die du schützen möchtest.

Bei den Spracheinstellungen sorgst du dafür, dass ein deutsches Tastaturlayout eingestellt ist (Kürzel: DE).

Klicke dann unten auf Speichern.

Es kommt eine Warnung, dass alle Daten auf der SD-Karte gelöscht werden, und die Frage »Möchten Sie wirklich fortfahren?« Du klickst auf Ja.

Dann wird auf der SD-Karte das Betriebssystem gespeichert. Das dauert eine Weile. Hab Geduld!

Was ist die QWERTZ‌-Tastaturbelegung?

Auf der deutschen ‌Tastatur sind die ersten sechs Tasten der oberen Buchstabenzeile mit Q, W, E, R, T und Z belegt. Dagegen haben im englischen Sprachraum die Tastaturen eine QWERTY-Belegung. Der sechste Buchstabe ist ein Y.

Den Raspberry Pi das erste Mal starten und konfigurieren‌

Die Micro-SD-Karte schiebst du mit den Kontakten nach oben in den SD-Kartenhalter des RPi. Sie muss einrasten und ragt dann nur noch wenige Millimeter über den Rand der Platine heraus.

Abb. 1.7: Die Micro-SD-Karte einschieben

‌Schließe die anderen Geräte an. Tastatur und Maus kommen an die USB-Buchsen und der Monitor wird über ein HDMI-Kabel angeschlossen. Wahrscheinlich hast du ein HDMI-Kabel mit zwei normalen HDMI-Steckern. Dann musst du einen Adapter für Micro-HDMI verwenden. Zum Schluss verbindest du den USB-C-Eingang mit dem Netzteil. Auf diese Weise startest du den RPi. Das Starten eines Computers nennt man übrigens auch Hochfahren‌ oder Booten‌.

Abb. 1.8: RPi 5 mit angeschlossenen Geräten. Von links nach rechts: USB-C-Kabel zur Stromversorgung, Micro-HDMI-Adapter mit HDMI-Kabel, USB-Kabel von Tastatur und Maus

Nach einiger Zeit siehst du den Desktop, der ungefähr so aussieht wie in Abbildung 1.11. Warum schreibe ich »ungefähr«? Die Raspberry-Pi-OS-Distribution, die man im Internet herunterladen kann, wird alle paar Monate überarbeitet. Aber die Änderungen sind meist nur geringfügig. Die Grundfunktionen der Benutzungsoberfläche haben sich in den letzten Jahren kaum geändert.

Stromversorgung

Der Energiebedarf deines RPi schwankt. Mal braucht er mehr und mal braucht er weniger Strom. Wenn du oben rechts auf deinem Desktop einen gelben Blitz siehst, reicht die Stromversorgung nicht aus. Dann solltest du dir ein stärkeres Netzteil zulegen.

Konfiguration des RPi

Bei der Einrichtung des Images mit dem Raspberry Pi Imager hast du schon eine erste Konfiguration vorgenommen. Aber du möchtest vielleicht noch Änderungen vornehmen. Klicke dazu auf die Schaltfläche oben links in der Ecke und wähle im Menü Einstellungen (engl. Preferences) das Programm Raspberry-Pi-Konfiguration. In den folgenden Abschnitten werden einige wichtige Einstellungen erklärt, die du mit diesem Programm vornehmen kannst.

Abb. 1.9: Das Konfigurationsprogramm starten

Die Sprache ändern‌

Vielleicht ist nach dem ersten Start die Benutzungsoberfläche deines Raspberry Pi noch auf Englisch eingestellt. Wähle im Konfigurationsprogramm die Registerkarte Localisation (deutsch: Lokalisierung). Klicke dann auf die Schaltfläche Set Locale… (deutsch: Sprachumgebung einstellen) und wähle Sprache und Land.

Das Passwort ändern‌

Der Raspberry Pi mit dem Betriebssystem Linux ist für Mehrbenutzerbetrieb eingerichtet. Das heißt, man geht davon aus, dass mehrere Personen den Computer benutzen. Jede Person hat einen Benutzernamen und ein Passwort (man sagt auch »Kennwort«‌). Um den Computer benutzen zu können, muss man sich einloggen und Benutzername und Passwort eingeben. Deinen Raspberry Pi wirst wahrscheinlich nur du allein benutzen. Aber dennoch kannst du mehrere Benutzernamen verwenden – ähnlich wie ein Schauspieler, der mehrere Rollen spielt.

Auf deinem Raspberry Pi hast du mit der Installation des Betriebssystems bereits einen Systemadministrator namens root und einen »normaler« Benutzer z.B. mit dem Namen pi und dem Kennwort raspberry eingerichtet.

Was ist ein Systemadministrator?

Der Systemadministrator (Root) hat besondere Rechte und besondere Verantwortung. Er kann neue Benutzer einrichten und hat Zugang zu Dateien, mit denen Merkmale des Betriebssystems verändert werden können. Bestimmte Befehle (z.B. die Installation von neuer Software) dürfen nur vom Administrator ausgeführt werden. Stelle dir den Systemadministrator wie den Hausmeister eines Mehrfamilienhauses vor.

Zum professionellen Umgang mit dem Computer gehört es, ein sicheres Passwort einzurichten und regelmäßig zu ändern.

Sorge dafür, dass im Anwendungsfenster des Konfigurationsprogramms die Registerkarte System gewählt ist.Klicke auf die Schaltfläche Kennwort ändern. Es erscheint eine kleine Dialogbox. Gib dein Passwort hinter Neues Kennwort eingeben und noch ein zweites Mal hinter Neues Kennwort bestätigen ein. Klicke dann unten auf OK.

Abb. 1.10: Passwort ändern und Desktop verfügbar machen

Den Desktop sofort verfügbar machen

Bei den meisten Projekten, die in diesem Buch vorgestellt werden, verwendest du den Raspberry Pi als Desktop-Computer mit Monitor, Tastatur und Maus. Deshalb ist es praktisch, wenn du dich nach dem Einschalten nicht erst einloggen musst, sondern nach dem Booten sofort die grafische Benutzungsoberfläche des RPi erscheint.

Um das einzustellen, sorgst du dafür, dass wie in Abbildung 1.10 hinter Hochfahren: die Option Zum Desktop ausgewählt ist.

Der Desktop‌

Meistens arbeitest du mit dem RPi über den Desktop (siehe Abbildung 1.11). Desktop heißt auf Deutsch Schreibtischoberfläche. Und in der Tat sieht es ein bisschen so aus wie ein Schreibtisch, auf dem nützliche Dinge (wie Bücher, Papier, Schreibgeräte und Radiergummis) herumliegen. Wenn du bei der Konfiguration die Option Boot: Zum Desktop gewählt hast, erscheint die grafische Oberfläche sofort. Ansonsten startest du sie auf der Kommandozeile mit dem Befehl

sudo startx

Mehr über die Kommandozeile erfährst du gleich in Abschnitt »Mit dem Datei-Manager arbeiten«.

Abb. 1.11: Der Desktop von Raspberry Pi OS (2024)

Oben links siehst du einen Streifen (Application Launch Bar‌) mit einigen Funktionen, die für den Gebrauch des Systems besonders wichtig sind.

Abb. 1.12: Die obere linke Ecke des Desktops

In der linken oberen Ecke findest du folgende Symbole:

Startmenü, das den schnellen Zugang zu Standardsoftware ermöglicht.

Der Webbrowser Chromium. Damit kannst du im Internet surfen.

Der Datei-Manager PCManFM. Damit kannst du (wie z.B. mit dem Windows-Explorer) auf Dateien in den verschiedenen Ordnern zugreifen.

Das LXTerminal. Damit kannst du auf der Kommandozeile Kommandos des Betriebssystems Linux eingeben.

Den RPi ausschalten

Der Raspberry Pi 5 hat einen kleinen Tastschalter neben der SD-Karte. Drückst du ihn zweimal hintereinander, wird der Computer heruntergefahren. Dann leuchtet eine rote statt einer grünen LED. Die anderen Modelle des Raspberry Pi besitzen keinen Schalter. Diese kannst du ausschalten, indem du einfach den USB-Stecker zur Stromversorgung abziehst. Dabei kann allerdings (in seltenen Fällen) der Inhalt der SD-Karte zerstört werden. Dann verlierst du deine Daten und du musst die SD-Karte wieder formatieren und das Betriebssystem aufspielen. Um sicherzugehen, dass deiner SD-Karte nichts passiert, solltest du den RPi herunterfahren. Klicke auf und wähle den Befehl Abmelden. In der Dialogbox wählst du Herunterfahren und klickst auf OK.

Die Ansicht des Desktops ändern