Spannende Projekte mit dem Raspberry Pi® E-Book

Andrew Robinson

• Herausgeber: MITP
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: mitp Professional
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 557

Veröffentlichungsjahr: 2014

Beschreibung

Ansteuerung von LED-Lichterketten über Musik, Hausautomation mit Webcam und E-Mail-Alarm Twitter- und Facebook-Anbindung, Hightech-Vogelhäuschen, Zusammenarbeit von Arduino und Raspberry Pi Python-Grundlagen anhand mehrerer Software-Projekte Sie haben mit Ihrem Raspberry Pi schon die ersten Schritte unternommen und stellen sich nun die Frage – und jetzt? Genau hier setzt dieses Buch an. Sie finden zahlreiche inspirierende Projekte für den Raspberry Pi, die Sie direkt umsetzen könnenDie Autoren stellen 16 interessante und zunehmend anspruchsvollere Projekte vor, mit denen Sie Ihre Kenntnisse erweitern können. Dazu gehören unter anderem: Erstellen einfacher Programme mit Python, z.B. das Spiel Tic-Tac-Toe Nachprogrammierung von Spieleklassikern wie Pong und Pac Man Minecraft Maze Maker, ein Python-Programm, das Minecraft-Labyrinthe erzeugt Anschluss von Schnittstellen-Hardware und Bau eines Reaktionstesters Ein softwaregesteuertes Spielzeug, das auf Twitter zugreift und Tweets vorliest Disco-Beleuchtung: Ansteuerung von LED-Lichterketten im Takt der Musik Aufbau eines vernetzten Überwachungssystems mit Türkontaktschalter, Bewegungsmelder, Webcam und E-Mail-Alarm Computergesteuerte Projekte wie Modellrennbahn und Türschloss Ein Bilder zeichnender Drehgeber als Zaubertafel mit Facebook-Anbindung Elektronischer Harmonograph: eine Maschine zum Zeichnen komplizierter Muster, ein Arduino hilft beim Sammeln von Daten in Echtzeit Hightech-Vogelhäuschen mit Lichtschranke zum Aufzeichnen und Auswerten von Bewegungsdaten Das Buch zeigt Ihnen, wie Sie den Raspberry Pi programmieren und coole automatisierte, interaktive Technikspielereien basteln. Am Ende aller Kapitel finden Sie Vorschläge zum Ausbau der Projekte.Es werden keine Kenntnisse vorausgesetzt. Für Neulinge wird am Anfang kurz erläutert, wie Sie den Raspberry Pi zum Laufen bekommen. Python-Einsteiger finden eine Einführung in die Programmierung mit Python.

Leseprobe

Spannende Projekte mit dem Raspberry Pi®

Dr. Andrew Robinson, Mike Cook, Jonathan Evans, Sean McManus

Übersetzung aus dem Englischen von Knut Lorenzen

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 978-3-8266-9910-8

1. Auflage 2014

www.mitp.de

E-Mail: [email protected]

Telefon: +49 6221 / 489 -555

Telefax: +49 6221 / 489 -410

© 2014 mitp, eine Marke der Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm GmbH Heidelberg, München, Landsberg, Frechen, Hamburg

Dieses Werk, einschließlich aller seiner Teile, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.

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.

Übersetzung der englischen Originalausgabe:

Andrew Robinson, Mike Cook, Jonathan Evans, Sean McManus: Raspberry Pi® Projects, ISBN: 978-1-118-55543-9. Original English Edition Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.

Published by John Wiley & Sons Ltd., The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Suusex, PO19 8 SQ United Kingdom.

All rights reserved. Authorised translation from the English language edition published by John Wiley & Sons Limited. Responsibility for the accuracy of the translation rests solely with Verlagsgruppe Huethig Jehle Rehm GmbH and is not the responsibility of John Wiley & Sons Limited. No part of this book may be reproduced in any form without the written permission of the original copyright holder, John Wiley & Sons Limited.

Lektorat: Sabine Schulz

Sprachkorrektorat: Petra Heubach-Erdmann

electronic publication: III-satz, Husby, www.drei-satz.de

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Widmung

Den Erfindern des Küchentischs und ihren seit Langem leidenden Familien, die damit leben müssen.

Andrew Robinson

Für Mike Bibby, dem ersten Redakteur, der mir die Möglichkeit gab, regelmäßig über Computer und Hardware zu schreiben. Sein unermüdlicher Enthusiasmus allem gegenüber und sein Unvermögen, etwas als gegeben hinzunehmen, sind uns allen ein Beispiel.

Über die Autoren

Andrew Robinson ist Gründer einer erfolgreichen Beratungsfirma für eingebettete Computersysteme mit Sitz in Manchester. Bildung und Lehre liegen ihm sehr am Herzen und er veranstaltet Seminare und Schulungen für Einsteiger und Fortgeschrittene, angefangen bei Schulkindern bis hin zu Konstruktionsingenieuren. Seine Projekte mit dem Raspberry Pi sind durch die überregionale Presse und das Fernsehen (ITV, Channel 5, BBC) bekannt geworden. Er ist ehrenamtlicher wissenschaftlicher Mitarbeiter der Universität Manchester, an der er mit einer Arbeit über Niedrigenergieprozessoren auch den Doktortitel erwarb.

Seit Andrew im Alter von fünf Jahren einen funktionierenden Modellbauleuchtturm gebastelt hat, ist er von Elektronik und Computern begeistert.

Mike Cook ist ein erfahrener Autor von Technikbüchern und Elektronikbastler aus Großbritannien. Er ist in Manchester aufgewachsen und lebt noch immer dort in der Nähe. Einer breiten Öffentlichkeit ist er durch seine mehr als 300 Artikel bekannt, die von 1983 bis 2000 in den Publikationen The Micro User, Acorn Computing und Acorn User erschienen sind. In diesen Artikeln wurden unter den Überschriften »Body Building Course« und »Run the Risc« der Entwurf und Bau von technischem Spielzeug, Schnittstellen und Peripheriegeräten für den damaligen BBC-Computer und den RISC PC vorgestellt. Er hat für diese Computerzeitschriften außerdem zahlreiche Testberichte und Programmvorstellungen verfasst sowie Leserfragen beantwortet.

Mike begann in den späten 60er Jahren bei einem Elektronikunternehmen in Oldham zu arbeiten und erwarb in Newcastle einen Abschluss in Elektrophysik, wobei er zwischenzeitlich auch ein Jahr an der seebehördlichen Einrichtung für Unterseewaffentechnik in Portland verbrachte. Danach beschäftigte er sich an der Universität Salford mit der Kompression von Audiodaten. Er hat mehr als 20 Jahre lang an der städtischen Universität von Manchester (ehemals Polytechnikum Manchester) Vorlesungen über Physik gehalten und sich dabei auf Computermesstechnik, Astronomie und Bildverarbeitung spezialisiert. Später wendete er sich wieder der Industrie zu, leitete ein Entwicklerteam für die Hardware einer zukunftsweisenden Set-Top-Box für den Empfang digitaler Fernsehprogramme und arbeitete als Entwicklungsleiter für Sicherheitstechnik und RFID-Produkte.

Mittlerweile arbeitet er freiberuflich als Autor und Berater für eingebettete elektronische Systeme. Sein neuestes Buch trägt den Titel The Raspberry Pi For Dummies und ist bei Wiley erschienen.

Seit Kurzem beschäftigt er sich mit der Kombination von Hard- und Software im Rahmen des Physical Computing (wobei Aktoren, Sensoren, Motoren, LEDs etc. einbezogen werden) und hat bei verschiedenen »Maker Fair«-Veranstaltungen teilgenommen, auf denen Bastler ihre Arbeiten präsentieren. Auf der Maker Faire 2013 in Rom wurde er mit einem »Blauen Band« ausgezeichnet.

Jonathan Evans hat sich schon immer für Computer und Elektronik interessiert. Im zarten Alter von 10 Jahren hat er sich selbst das Programmieren eines Computers beigebracht und schnell bemerkt, dass sich Computer und Elektronik miteinander kombinieren lassen, um seine Geschwister aus seinem Zimmer fernzuhalten. Er ist inzwischen zu einem hervorragenden IT-Experten mit mehr als 20 Jahren Erfahrung gereift. Das Phänomen Raspberry Pi und seine Leidenschaft für Erfindungen und Innovationen passen perfekt zueinander. In seiner Freizeit vergnügt er sich mit Projekten, die den Raspberry Pi für den alltäglichen Gebrauch einsetzen. Unter http://www.projects.privateeyepi.com lässt er Sie an seinen Ideen teilhaben und untersucht weiterhin die unerschöpflichen Möglichkeiten dieser Computerplattform.

Sean McManus verfasst anregende Bücher und Artikel zu Computerthemen. Von ihm stammt das Kapitel über Minecraft und er ist Autor der Bücher Raspberry Pi For Dummies (gemeinsam mit Mike Cook), Scratch Programming in Easy Steps, iPad for the Older and Wiser, Microsoft Office for the Older and Wiser und Web Design in Easy Steps. Besuchen Sie seine Website unter http://www.sean.co.uk.

Einleitung

von Dr. Andrew Robinson

Für Kinder ist es ganz selbstverständlich, Neues zu erschaffen. Sie malen Bilder, denken sich neue Spiele aus, erzählen sich Geschichten und basteln aus einer Spülmittelflasche eine Rakete, von der sie überzeugt sind, dass sie bis zum Mond fliegt. Die Kindheit ist zugleich Abenteuer und Entdeckungsreise – ein ständiges Streben nach Neuem.

Wenn man älter wird und das »wahre Leben« beginnt, bereiten solche Dinge zwar weiterhin Freude, es wird aber schwieriger, die Zeit zu finden, um ihnen Raum zu geben. Dennoch sind einige der bedeutendsten Erfindungen und Entdeckungen der Geschichte durch Leute zustande gekommen, die sich nicht scheuten, einfach etwas auszuprobieren – und das oftmals in den eigenen vier Wänden oder im Gartenhäuschen, nicht in technisch bestens ausgestatteten Ingenieurbüros.

Was das alles in einem Buch über Projekte mit dem Raspberry Pi zu suchen hat?

Nun, wenn Sie weiterlesen und versuchen, einige der Projekte nachzuvollziehen, werden Sie vielleicht entdecken, welche Freude es bereitet, mithilfe des Computers Dinge zum Laufen zu bringen. Der Computer erschließt der Abenteuerlust und der Kreativität eine fantastische neue Welt ungeahnter Möglichkeiten. Er ist in so viele Lebensbereiche vorgedrungen (auch Spielkonsolen, Set-Top-Boxen und Smartphones sind Computer!), dass Sie ihn für fast jedes Hobby oder Steckenpferd einsetzen können.

Sie werden sehen, dass Computerkenntnisse jedem nutzen und dass ein kreativer Augenblick am Küchentisch große Auswirkungen nach sich ziehen kann. Und nebenbei erfahren Sie außerdem die Geschichte, die hinter einem bestimmten kreditkartengroßen Computer steckt.

Die Geschichte des Bastelns

So manche weltbewegende Erfindung kam auf unkonventionelle Weise zustande.

Die Brüder Orville und Wilbur Wright waren einfache Leute aus Ohio, die ein Fahrradgeschäft betrieben. Von der Funktionsweise dieser simplen Maschinen fasziniert, gelangten sie zu der Überzeugung, dass sie eine Flugmaschine bauen könnten. Und das taten sie dann auch. Im Jahre 1902 hoben sie erstmals in der Geschichte mit einem Flugzeug vom Boden ab. Fast ein Jahrhundert später, als Afrika von AIDS heimgesucht wurde, kam Trevor Baylis​, der früher als Stuntman arbeitete, zu der Erkenntnis, dass er helfen könne. In einem Gartenhäuschen am Stadtrand entwickelte er ein preisgünstiges und robustes aufziehbares Funkgerät, um das Gesundheitswesen betreffende Nachrichten in Afrika zu verbreiten. Er hat damit ohne Zweifel viele Leben gerettet. Steve Jobs und Steve Wozniak, die Gründer von Apple, erwarben ihre Computer- und Elektronikkenntnisse durch Experimente in ihren Schlafzimmern und einer Garage. Das sind nur drei Beispiele dafür, wie das heimische Basteln zu weltweiten Auswirkungen für Millionen von Menschen führen kann.

Viele Erfinder haben zwar eine gewisse Vorstellung davon, was sie erschaffen möchten, wissen jedoch nicht, wie sie es praktisch umsetzen können. Angespornt durch die Freude an der Kreativität, bringen sie sich selbst die erforderlichen Fähigkeiten bei, um ihr Vorhaben zu realisieren. Wozniak und Jobs haben das getan, indem sie vorhandene Geräte auseinandernahmen, herausfanden, wie sie funktionierten, und dann wieder zusammenbauten. In einigen Fällen führte dieses Herumbasteln tatsächlich zur Verbesserung eines Geräts – gelegentlich funktionierte es auch überhaupt nicht mehr. Das hielt sie aber nicht vom Weitermachen ab. Manchmal geht es eben nur darum, herauszufinden, wie etwas funktioniert, oder technische Widrigkeiten zu überwinden, und nicht darum, gleich ein gelacktes Produkt anzufertigen.

Computer für den Endverbraucher

Dass ausgerechnet das Herumstochern im Innenleben von technischen Geräten zur Geburtsstunde von Apple-Computern führte, ist wohl die Ironie des Schicksals. Heutzutage werden Computer in schnittigen, eleganten Aluminiumgehäusen verkauft, die es verhindern, herumzuexperimentieren und herauszufinden, wie sie eigentlich funktionieren. Im fortwährenden Bestreben, ihre Produkte wertvoller erscheinen zu lassen, locken die Hersteller ihre Kunden mit möglichst einfach einsetzbaren Produkten und einer mühelosen Benutzerschnittstelle, die ihnen jeden Wunsch von den Lippen abliest.

Dieser Wandel vollzieht sich leider etwas unsanft. Moderne Computersysteme tun nur selten genau das, was der Benutzer wünscht. Wie oft sitzt man frustriert vor einem unfähigen Computer und wird mit einem Hinweis des Herstellers vertröstet, der dann etwa »Wird mit der nächsten Aktualisierung behoben« oder »Um das zu tun, müssen Sie die neueste Version erwerben« lautet? Für technisch Versierte sind solche Hinweise fast schon ein Schlachtruf, der dazu auffordert, so lange am Computer herumzuexperimentieren, bis er ihrem Willen gehorcht. Doch sind dieser Tage die wenigsten Benutzer mutig oder erfahren genug, die Ärmel hochzukrempeln und sich selbst am Computer zu schaffen zu machen.

Computerkenntnisse für alle

Computer sind wirklich allgegenwärtig und durchdringen sämtliche Lebensbereiche. Denken Sie dabei neben Laptop, Desktop und Smartphone auch an die Computer, die lebenserhaltende medizinische Systeme, Online-Banking, Einkaufen im Internet, Produktionsprozesse und die Versorgungskette für Lebensmittel ermöglichen. Computer sind zur Kommunikation, zum Betrieb von digitalem Funk und Fernsehen, für Mobiltelefonnetze und das Internet unverzichtbar. Angesichts der Bedeutung, die Computer für das reibungslose Funktionieren von Medien, Wirtschaft und Verwaltung besitzen, ist es erstaunlich, wie viele Menschen keine Ahnung von der Arbeitsweise eines Computers haben.

Wenn man bedenkt, wie sehr man sich auf korrekt arbeitende Computer verlässt, sollte ein besseres Verständnis von großem Nutzen sein. Wirtschaftsführer und Politiker könnten bei Projekten, die sich um Computer drehen, angemessene Entscheidungen treffen, und Otto Normalverbraucher würde Online-Betrügereien oder verlogenen Werbebehauptungen nicht mehr zum Opfer fallen. Jedermann wäre in der Lage, sich dank Computerhilfe das Leben zu erleichtern.

Ich kann eine gewisse Ähnlichkeit zwischen der Computerei und dem Kochen entdecken. Beim Kochen gibt es Rezepte, denen schrittweise zu folgen ist. Es geht darum, aus mehreren Zutaten ein Gericht zuzubereiten. Sie müssen, um etwa einen Apfelkuchen zu backen, diese Aufgabe in handhabbare Schritte unterteilen (Teig anrühren, Äpfel schälen, Backzeit beachten), die schließlich zu einem (hoffentlich wohlschmeckenden) fertigen Apfelkuchen führen. Hierbei handelt es sich um ein einfaches Beispiel einer Abstrahierung, die der Schlüssel zur Lösung von Computerproblemen ist. Eine bei Computerarbeiten entwickelte Vorgehensweise wie diese Abstraktion, also durch logisches Denken Problemlösungen zu finden, ist auch in anderen Lebensbereichen hilfreich.

Wir lehren unseren Kindern das Kochen nicht, damit sie später einmal professionelle Köche werden, sondern weil es eine entscheidende Fähigkeit darstellt, ohne die man sein Leben lang dazu verdammt wäre, teure und unzufriedenstellende Fertiggerichte aufzuwärmen. Bei vielen Menschen führt das Erlernen dieser grundlegenden Fertigkeiten zu einer dauerhaften Vorliebe fürs Kochen. Sie können beim Kochen ihre Kreativität zeigen – vielleicht indem sie anfangs ein bekanntes Rezept übernehmen und dieses aufpeppen, um es sich zu eigen zu machen. Kochen ist eine soziale Beschäftigung, die es ermöglicht, am lebhaft bevölkerten Esstisch Erfolge vorzuzeigen sowie Verfahrensweisen und Schwierigkeiten zu diskutieren.

Ich möchte behaupten, dass das Erlernen des Umgangs mit Computern einige Parallelen mit dem Kochenlernen aufweist. Die grundlegenden Fertigkeiten benötigen alle. Manche Leute bauen diese Fähigkeiten aus und werden professionelle Programmierer, ich hoffe aber, dass die meisten Leute es als Chance begreifen, nicht nur ihre Kreativität auszuleben, sondern auch besser mit den heutigen modernen Computerumgebungen zurechtzukommen.

Angesichts der Tatsache, dass immer mehr Leute immer mehr über die Funktionsweise und die Verlässlichkeit von Computern wissen müssen, ist es ebenfalls paradox, dass der Einstieg in die Arbeit mit modernen Computern schwieriger geworden ist. Das heißt, bis ein gewisser kreditkartengroßer Computer die Bühne betrat ...

Der Raspberry Pi

Für die meisten Leute ist es eine beängstigende Vorstellung, mit einem 1.000 Euro teuren Laptop Experimente anzustellen, die womöglich auch noch wertvolle Daten in Gefahr bringen. Ich jedenfalls würde es mir zweimal überlegen, ob ich alle meine Digitalfotos, meine Musiksammlung und meine Online-Banking-Daten riskiere! Außerdem halten Spielkonsolen und manche Smartphones viele Leute aktiv davon ab, Spiele und Apps selbst zu entwickeln, womöglich um die Umsätze zu schützen und die Konsumenten zum Kauf industrieller Produkte zu bewegen.

Aus dem Wunsch heraus, den Computerspaß mit anderen zu teilen, und aufgrund des Bedarfs an computerverständigen Leuten entwarf Eben Upton am Küchentisch einen einfachen kleinen Computer. Dank der Hilfe von Dr. Rob Mullins, Professor Alan Mycroft und Jack Lang von der Universität Cambridge, dem Hardware-Experten Pete Lomas und David Braben wurde daraufhin die Raspberry Pi Foundation​gegründet. Diese Einrichtung hat es sich zum Ziel gesetzt, die Lehre von Informatik und verwandten Themen insbesondere an Schulen zu fördern und dass die Beschäftigung mit Computern wieder Spaß macht.

Die Raspberry Pi Foundation möchte durch eine taschengeldtaugliche Hardware die Welt des Computers für jedermann zugänglich machen und so dafür sorgen, dass niemand Angst zu haben braucht, Experimente damit anzustellen. Das Gerät wird ohne Gehäuse ausgeliefert, um das Herumbasteln damit zu erleichtern.

2011 wurde nach fünf Jahren Entwicklungsarbeit am Küchentisch der erste Prototyp des Raspberry Pi hergestellt. Nach einem Bericht über den Raspberry Pi im Blog des Technologiejournalisten Rory Cellan-Jones verbreitete sich die Nachricht wie ein Lauffeuer und die Foundation fragte sich, ob sie gerade etwas in Bewegung gesetzt hatte, das viel größere Ausmaße annahm als vermutet.

Dank einer geschickten technischen Planung war es möglich, den Raspberry Pi so günstig zu produzieren, dass er für ganze 25 Dollar verkauft werden konnte. Am 29. Februar 2012 um 6 Uhr morgens standen die ersten 10.000 Stück zum Verkauf. Sie waren in wenigen Minuten ausverkauft. Knapp zwanzig Monate später sind weltweit mehr als 2 Millionen Raspberry Pis über den Ladentisch gegangen.

Über dieses Buch

Während der Entwicklung des Raspberry Pi habe ich an der Universität Manchester an öffentlichen Projekten mitgewirkt, die weitere Leute zur Beschäftigung mit dem Computer ermutigen sollten.

Ich habe das Vorankommen des Raspberry Pi von einer sehr frühen Phase an verfolgt, weil ich der Ansicht war, dass er enormes Potenzial besitzt. Wie Tausende anderer Ingenieure auch war ich davon fasziniert, mit welchen Technologien die winzige Platine vollgepackt war. Andererseits war mir aber auch bewusst, dass viele weniger computerbegeisterte Leute ebendiese Platine nicht besonders spannend finden würden und sie eher als eine etwas unheimliche Ansammlung von Draht, Bauteilen und Metall betrachten. Ganz im Sinne der Foundation war es mein Ziel, das Staunen und die Freude weiterzugeben, die bei der Beschäftigung mit Computern möglich sind.

Der große Vorteil des Raspberry Pi ist es, dass Sie ihn an Orten anbringen können, an denen für einen normalen PC einfach kein Platz vorhanden ist. Ich wünschte mir, dass der Raspberry Pi für die Dinge, die den Leuten wichtig sind, eine Bedeutung bekommt. Um es zu vereinfachen, etwas an den Raspberry Pi anzuschließen, begann ich damit, in meiner Freizeit und an Wochenenden am heimischen Küchentisch eine digitale Schnittstelle namens PiFace zu entwickeln. Ich bin noch immer erstaunt, wenn ich sehe, was überall auf der Welt Leute mit dem Raspberry Pi und dem PiFace zustande bringen. Dazu zählen Kinder, die Roboter bauen, Türöffnungssysteme für Senioren, Spiele und industrielle Anwendungen in Banken und Bahnhöfen.

Verwendung dieses Buches

Das Buch möchte die Frage »Ich habe einen Raspberry Pi – und was jetzt?« beantworten und stellt haufenweise Projekte für den Raspberry Pi vor, die Sie inspirieren sollen.

Es ist in drei Teile gegliedert, die stellenweise aufeinander aufbauen, aber wenn Sie Ihren Raspberry Pi erst einmal zum Laufen gebracht haben, sollten Sie die Lektüre eigentlich problemlos an einer beliebigen Stelle des Buchs fortsetzen können. Folgen Sie einfach den schrittweisen Anleitungen, um schnell zu Ergebnissen zu gelangen. Scheuen Sie sich aber nicht, dabei herumzuexperimentieren, denn hier beginnt der Spaß ja erst! Falls Sie die Projekte ausweiten möchten, stehen dazu Hintergrundinformationen bereit, die Ihnen helfen sollen, die notwendigen Fähigkeiten und Kenntnisse zu erwerben.

Am Ende eines jeden Kapitels finden Sie Vorschläge zum Ausbau der Projekte, aber vermutlich werden Sie schon eigene Ideen haben. Wir sind sehr daran interessiert zu erfahren, zu welchen Ergebnissen Sie kommen, also teilen Sie Ihre Resultate unter dem Stichwort »RaspberryPiProjects« über Social Media wie Facebook, Twitter oder YouTube.

Falls Sie irgendwo nicht weiterkommen, stehen einige der Programmlistings unter http://www.mitp.de/9699 oder http://www.wiley.com/go/raspberrypiprojects zum Herunterladen bereit. Wenn Sie das Programmieren erlernen, gehört es jedoch einfach dazu, Programmcode einzugeben, daher ist nicht sämtlicher Code verfügbar!

Ein Großteil der Hintergrundinformationen ist für den Schulunterricht geeignet, und das Buch kann unterrichtsbegleitend verwendet werden. Falls Sie selbst Lehrer sind, sollten Sie nach weiteren Informationen Ausschau halten, die den Schülern beim Lernen durch Projekte mit dem Raspberry Pi helfen können.

Teil 1: Erste Schritte mit dem Raspberry Pi

In diesem Teil erfahren Sie, wie Sie den Raspberry Pi zusammenstöpseln, die Software installieren und ihn zum Laufen bringen. Außerdem erhalten Sie eine Einführung in die Programmiersprache Python.

Kapitel 1, Den Raspberry Pi zum Laufen bringen, erläutert die ersten grundlegenden Schritte, um den Raspberry Pi betriebsbereit zu machen.

Kapitel 2, Ein erstes Programm: Der Beschimpfungsgenerator führt Sie in die Programmiersprache Python ein.

Teil 2: Software-Projekte

Hier finden Sie eine Reihe interessanter Programme:

In Kapitel 3, Tic-Tac-Toe, werden Sie dieses Spiel unter besonderer Berücksichtigung von Listen und künstlicher Intelligenz programmieren.

Kapitel 4, Hier sind die Nachrichten, führt Ihnen vor, wie sich ein Teleprompter realisieren lässt.

Kapitel 5, Ping, beschreibt die Programmierung eines Ping-Pong-Spiels und zeigt Ihnen, wie der Computer Ballbewegungen, Kollisionen und die Reflexion an einer Oberfläche simuliert.

In Kapitel 6, Pie-Man: Ein Pac-Man-Klon, wird mittels animierter Sprites, Ebenen und transparenter Pixel ein Pac-Man-Klon programmiert.

In Kapitel 7, Minecraft Maze Maker, wird ein Python-Programm entwickelt, das Minecraft-Labyrinthe erzeugt.

Teil 3: Hardware-Projekte

Kapitel 8, Schnappen, stellt ein einführendes Hardware-Projekt vor, das anhand verschiedenfarbiger LEDs eine Variante des Spiels »Schnappen« realisiert und Ihnen zeigt, wie Sie LEDs gefahrlos mit Spannung versorgen und SMD-Bauteile verwenden.

In Kapitel 9, Reaktionstest, werden Sie einen einfachen computergesteuerten Schaltkreis aufbauen.

Kapitel 10, Gezwitscher, erörtert, wie Ihr Code mit Twitter kommunizieren kann und wie Sie einige Haushaltsgegenstände zweckentfremden können.

In Kapitel 11, Disco-Beleuchtung, werden LED-Lichterketten im Takt der Musik angesteuert.

In Kapitel 12, Türschloss, erfahren Sie, wie der Computer RFID-gesteuert ein Türschloss öffnet und wie die Authentifizierung funktioniert.

Kapitel 13, Hausautomation, führt vor, wie Sie Hausautomation dazu verwenden können, ihre häusliche Umgebung durch Mikroschalter, Bewegungsmelder, eine Webcam und E-Mail-Alarme intelligenter zu gestalten.

In Kapitel 14, Computergesteuertes Modellbahnrennen, werden Sie die Steuerung einer Modellrennbahn neu verdrahten und sie dazu verwenden, den Punktestand in einem Quiz für zwei Spieler aufzuzeichnen.

Kapitel 15, Drehgeber mit Facebook-Anbindung, zeigt Ihnen den Einsatz von Drehgebern zum Zeichnen von Bildern, die automatisch bei Flickr oder Facebook eingestellt werden.

In Kapitel 16, Das Pi-Pendel – ein Harmonograph, wird eine Maschine zum Zeichnen komplizierter Muster gebaut, wobei ein Arduino dem Raspberry Pi beim Sammeln von Daten in Echtzeit hilft.

Kapitel 17, Das Hightech-Vogelhäuschen – Beobachtung der Tierwelt, wird der Umbau eines Vogelhäuschens vorgestellt, um damit die Vögel in Ihrem Garten zu beobachten.

Ausblick

Es ist absehbar, dass Computer eine weiter zunehmende Bedeutung erlangen und in weitere Lebensbereiche vordringen. Die Systeme werden immer komplexer und sind immer stärker miteinander vernetzt. Es ist nicht unwahrscheinlich, dass Ihre Waschmaschine oder Ihr Kühlschrank in naher Zukunft mit Ihrem Smartphone kommuniziert. Wir alle benötigen bessere Computerkenntnisse, um damit umgehen zu können. Aber neue Arten der Computernutzung eröffnen auch neue Perspektiven und bieten Möglichkeiten, das Leben der Menschen zum Besseren zu ändern und viele der zweifelsohne vorhandenen Probleme auf dieser Welt zu lösen.

Bevor Sie sich in das Abenteuer Raspberry Pi stürzen, muss ich eine Warnung aussprechen: Wenn Sie einmal damit anfangen, werden Sie möglicherweise nie wieder aufhören wollen! Elektronik und Programmierung besitzen Suchtpotenzial – und wer könnte schon vorhersagen, wie Sie Ihre durch die Lektüre dieses Buches neu erworbenen Kenntnisse einsetzen?

Das Anfertigen oder Zusammenbauen eigener Geräte kann eine sehr erfüllende und zufriedenstellende Erfahrung sein. Wir wünschen uns, dass mehr Leute auf dieser Welt, statt Technologie nur zu konsumieren, selbst zu Produzenten von Technologie werden. Die Projekte in diesem Buch sind dafür ein guter Ausgangspunkt, aber der wahre Lohn Ihrer Anstrengungen offenbart sich erst, wenn Sie Ihre eigenen Ideen Realität werden lassen.

Willkommen in der Welt des Bastelns mit digitaler Elektronik. Sind Sie bereit dazu, die Zukunft mitzuerfinden?

Teil I: Erste Schritte mit dem Raspberry Pi

In diesem Teil:

Kapitel 1

Den Raspberry Pi zum Laufen bringen

Kapitel 1

Ein erstes Programm: Der Beschimpfungsgenerator

Kapitel 1: Den Raspberry Pi zum Laufen bringen

von Dr. Andrew Robinson

Dieses Kapitel behandelt folgende Themen

Die Aufgaben des Betriebssystems

Installation des Betriebssystems auf einer SD-Karte

Anschließen des Raspberry Pi

Der Startvorgang

Fehlerbehebung: Falls Ihr Raspberry Pi nicht startet

Dieses Kapitel ist ein Leitfaden für Einsteiger, der Sie durch die ersten Schritte bei der Einrichtung eines Raspberry Pi führt. Es beginnt mit dem Auspacken des Geräts und endet mit der gewünschten Anzeige auf dem Bildschirm. Auch wenn Sie Ihren Raspberry Pi bereits erfolgreich eingerichtet haben, sollten Sie das Kapitel zumindest überfliegen, denn Sie erfahren hier nicht nur, wie ein 21-jähriger Student die Welt verändert hat, sondern lernen auch die Funktionsweise des Betriebssystems Ihres Raspberry Pi kennen. Nach diesem Kapitel geht der Spaß beim Erstellen neuer Projekte erst richtig los!

1.1  Das Betriebssystem

Der Raspberry Pi verwendet als Betriebssystem weder Microsoft Windows noch Apples OS X, sondern Linux. Das Betriebssystem​ ist ein Programm, das es dem Benutzer erleichtert, die zugrunde liegende Hardware zu verwenden. Obwohl der Prozessor (der Chip in der Mitte des Raspberry Pi) eigentlich immer nur eine einzige Aufgabe erledigen kann, erweckt das Betriebssystem den Eindruck, dass viele Dinge gleichzeitig geschehen, indem es blitzschnell zwischen den verschiedenen Aufgaben hin- und herschaltet. Darüber hinaus steuert das Betriebssystem die Hardware und sorgt dafür, dass der Raspberry Pi mit dem Netzwerk oder einer SD-Karte kommunizieren kann.

Linux

Einen Teil seines Erfolges verdankt der Raspberry Pi der begeisterten Nutzergemeinschaft, die ihn unterstützt. Linux​ ist ein Beleg dafür, was sich durch die weltweite Unterstützung Freiwilliger erreichen lässt.

Im Jahre 1991 begann Linus Torvalds​ als 21-jähriger Student an der Universität Helsinki einfach nur aus Spaß an der Freude mit der Arbeit an einem Betriebssystem. Ein Jahr später war sein Hobby-Betriebssystem für 80386-PCs unter der Bezeichnung Linux online verfügbar. Dadurch war es Freiwilligen weltweit möglich, Beiträge zur Weiterentwicklung zu leisten, Bugs zu finden und zu beseitigen und die Arbeit anderer Freiwilliger wiederzuverwenden oder an eigene Projekte anzupassen. Wenn Sie die Projekte dieses Buches nachvollzogen und Ihre Computerkenntnisse erweitert haben, warum sollte dann nicht eines Ihrer Projekte zu einem ähnlichen Erfolg werden wie dasjenige von Linus Torvalds?

Linux erfreute sich zunehmender Beliebtheit, und neben der Anwendung als normales PC-Betriebssystem wird es heute auch bei einem Großteil der Webserver, für Android-Geräte und in den meisten Supercomputern eingesetzt. Für Sie ist es an dieser Stelle von Bedeutung, dass es auch auf dem Raspberry Pi Anwendung findet.

Linux-Distributionen

Da Linux​ öffentlich verfügbar ist, haben verschiedene Unternehmen und Einrichtungen gewisse Änderungen daran vorgenommen und geben diese modifizierten Versionen ihrerseits weiter. Das hat zu einer Reihe unterschiedlicher Linux-Distributionen wie Red Hat, Fedora, Debian, Arch, Ubuntu und openSUSE geführt. Einige Unternehmen verkaufen ihre Versionen und/oder bieten kostenpflichtigen Support dafür an, während andere Distributionen völlig kostenlos zu haben sind. Raspbian​ beruht auf einer Debian-Distribution mit einigen speziellen Anpassungen für den Raspberry Pi und ist Gegenstand dieses Buches.

Linux ist das auf dem Raspberry Pi am häufigsten eingesetzte Betriebssystem. Der weitreichende Einsatz von Linux (denken Sie nur an die mehr als 2 Millionen Raspberry Pis, Android-Telefone und Webserver) zeigt in beeindruckender Weise, was aus einer wirklich guten Idee werden kann. Wer weiß, ob Ihnen bei der Beschäftigung mit dem Raspberry Pi nicht eine ähnlich gute Idee kommt, deren Auswirkungen diejenigen der Ideen von Linus Torvalds oder der Raspberry Pi Foundation erreichen oder sogar übertreffen? Also nichts wie ran!

1.1.1  Das Betriebssystem auf eine SD-Karte schreiben

Ohne Betriebssystem weiß der Raspberry Pi überhaupt nichts mit seiner Hardware anzufangen. Nach dem Einschalten sucht er daher auf einer eingesteckten SD-Karte nach einem Betriebssystem. Sie müssen Ihrem Raspberry Pi also eine SD-Karte mit Betriebssystem bereitstellen.

Sie können entweder eine SD-Karte​ erwerben, auf der bereits ein Betriebssystem installiert ist, oder mit Ihrem Rechner ein Betriebssystem auf Ihre eigene SD-Karte schreiben. Diese vorbereiteten SD-Karten sind zwar besonders einfach einsetzbar, aber meist auch etwas teurer als normale SD-Karten. Eine solche SD-Karte selbst zu erstellen ist nicht weiter schwierig und erfordert nur minimal mehr Aufwand als ein reiner Kopiervorgang.

Vorbereitete SD-Karten

Startfähige SD-Karten sind Bestandteil von Einsteiger-Kits oder separat bei Elektronikhändlern wie Reichelt, Conrad oder Völkner erhältlich. Für den Anfang ist eine für rund 5 Euro erhältliche 4-GB-Karte ausreichend, aber sparen Sie nicht an der falschen Stelle. 8-GB-Karten sind auch schon für weniger als 10 Euro erhältlich.

Dateisysteme

Massenspeicher für Computer wie SD-Karten, USB-Sticks oder SSD-Festplatten bestehen im Wesentlichen aus Millionen einzelner Speichersegmente, in denen kleinere Datenmengen in einer Art Gitter abgelegt werden. Die einzelnen Speicherelemente, die man als Blöcke​​ bezeichnet, werden mittels eines Koordinatensystems angesprochen. Stellen Sie sich ein Blatt kariertes Papier in der Größe eines Fußballfelds vor, das in verschiedene Bereiche (die einzelnen Speicherblöcke) aufgeteilt ist. Das Betriebssystem verwendet diese Blöcke, um ein Dateisystem​ bereitzustellen. Es kümmert sich darum, wie die Daten in diesem riesigen Speicher abgelegt werden. Wenn der Benutzer einen Dateinamen eingibt, sorgt das Betriebssystem dafür, dass alle Datenblöcke dieser Datei in der richtigen Reihenfolge eingelesen und zusammengesetzt werden. Da es verschiedene Möglichkeiten gibt, diese Speicherblöcke zu organisieren, speichern unterschiedliche Dateisysteme ein und dieselbe Datei daher auch in jeweils eigenen Formaten ab.

Normalerweise verwendet Microsoft Windows das Dateisystem FAT​ (File Allocation Table, Dateibelegungstabelle) oder NTFS​ (New Technology File System, Dateisystem neuer Technologie), OS X nutzt HFS+​ (Hierarchical File System Plus, Hierarchisches Dateisystem Plus) und Linux setzt ext​ (Extended File System, Erweitertes Dateisystem) ein. Die meisten leeren SD-Karten sind ab Werk mit dem Dateisystem FAT formatiert. Da auf dem Raspberry Pi Linux läuft, wird als Dateisystem ebenfalls ext verwendet, das dementsprechend eingerichtet und mit Dateien befüllt werden muss.

Images

Beim Herunterladen des Betriebssystems für den Raspberry Pi ist oft von einem Image​ die Rede, was eine etwas irreführende Bezeichnung ist. Gemeint ist ein Abbild des zugrunde liegenden Speichermediums. (Stellen Sie sich statt der ganzen einzelnen Dateien eine Luftaufnahme des gesamten Fußballfelds vor, auf der sogar die leeren Speicherblöcke sichtbar sind! Wenn Sie die auf der Luftaufnahme erkennbaren Speicherblöcke auf einem anderen Fußballplatz exakt nachstellen, ergibt sich damit eine exakte Kopie sämtlicher Dateien des Originals.)

Nun lässt sich ein solches Image (zum Herunterladen) leicht als eine einzelne Datei innerhalb eines anderen Dateisystems speichern, die in dieser Form aber nicht zum Ausführen auf dem Raspberry Pi geeignet ist. Wenn Sie einfach nur eine Imagedatei auf eine FAT-formatierte SD-Karte kopieren, wird der Raspberry Pi nicht funktionieren. Sie müssen vielmehr Ihr Betriebssystem anweisen, die Daten blockweise auf die SD-Karte zu übertragen, damit die einzelnen Blöcke Ihrer Karte genau den Blöcken auf der Karte des Originals entsprechen. Auf diese Weise »sieht« Linux auf der Karte ein Dateisystem, das exakt mit dem Dateisystem auf der Karte des Originals übereinstimmt.

Kurz: Images bieten eine einfache Möglichkeit, ein vollständiges Dateisystem, inklusive aller Dateien, Zugriffsrechte, Eigenschaften und so weiter, zu klonen.

Vorbereiten einer SD-Karte

Es gibt zwei Methoden, um eine startfähige SD-Karte für den Raspberry Pi einzurichten: Verwenden Sie NOOBS oder übertragen Sie selbst ein Image auf die Karte.

NOOBS verwenden

NOOBS​ steht für New Out Of Box Software (etwa: Neue Software, die sofort einsatzbereit ist; außerdem ein Wortspiel mit dem englischen noobs, was »Anfänger« oder »Neulinge« bedeutet) und dient zur Automatisierung des Übertragens von SD-Kartenimages für den Raspberry Pi. NOOBS startet Ihren Raspberry Pi von einer FAT-formatierten SD-Karte, partitioniert sie neu und klont ein startfähiges Dateisystem darauf. Mehr als das Herunterladen (http://www.raspberrypi.org/downloads) und Entpacken von NOOBS sowie das Formatieren einer SD-Karte auf Ihrem Desktop-PC ist hierfür nicht erforderlich. Einige Betriebssysteme formatieren die Karten allerdings nicht ganz korrekt, daher kann es nötig sein, ein weiteres Programm zur Formatierung der Karte herunterzuladen. NOOBS ist wirklich einfach, funktioniert jedoch nicht in allen Fällen und ist unter manchen Umständen langsamer. Wie dem auch sei, die nachstehend beschriebene selbst gemachte Lösung ist ohnehin zufriedenstellender.

Image übertragen​

Sie benötigen eine SD-Karte mit mehr als 2 GB Speicherplatz. Eine 4-GB-Karte ist also bestens geeignet.

Besuchen Sie http://www.raspberrypi.org/downloads und folgen Sie dem Link zum Herunterladen der neuesten Raspbian-Version. Halten Sie nach einem Dateinamen Ausschau, der das Wort raspbian sowie ein Datum enthält und auf .zip endet. Notieren Sie sich außerdem die SHA-1-Prüfsumme. Aufgrund der ständigen Weiterentwicklung werden regelmäßig neue Versionen veröffentlicht, daher wird die tatsächliche Bezeichnung von der in der nachfolgenden Anleitung verwendeten abweichen. Möglicherweise stimmt auch der Pfad zum Speicherort, an den Sie die Datei herunterladen, nicht exakt überein. Verwenden Sie also bitte die entsprechenden eigenen Werte. Auf der Seite zum Herunterladen finden Sie Links zu anderen Distributionen und Betriebssystemen, die Sie sich später ansehen können. Fürs Erste ist es das Beste, bei Raspbian zu bleiben, denn es ist zuverlässig, bringt eine für Einsteiger gut geeignete Sammlung an Programmen mit und die Beispiele im Buch beziehen sich ebenfalls darauf.

Prüfsummen

Eine Prüfsumme​ stellt eine einfache Möglichkeit zur Überprüfung der Datenintegrität dar. Sie können damit feststellen, ob Daten beschädigt oder verändert worden sind. Dabei handelt es sich um eine durch ein spezielles mathematisches Verfahren ermittelte Summe, die der Datenanbieter bereitstellt. Wenn Sie die Daten erhalten, können Sie dasselbe Verfahren zur Ermittlung dieser Summe anwenden. Stimmen die Resultate überein, können Sie sich so gut wie sicher sein, dass die Daten intakt sind, ohne diese Bit für Bit vergleichen zu müssen. Prüfsummen sind im Computerwesen weitverbreitet.

Beispiele hierfür sind die Kommunikation im Netzwerk, die Verarbeitung von Kreditkartendaten oder auch Barcodes. Unfehlbar sind Prüfsummen nicht, aber Sie dürfen sich schon ziemlich sicher sein, dass die Daten in Ordnung sind, wenn die Prüfsumme stimmt.

Vorbereiten einer SD-Karte unter Windows

Unter Windows​ ist es nicht ganz einfach, Prüfsummen zu testen, daher wird im Folgenden vorausgesetzt, dass die heruntergeladene Imagedatei unversehrt ist. Folgen Sie nach dem Herunterladen der Datei den nachstehenden Schritten, um die Datei zu entpacken und auf die SD-Karte zu übertragen.

Dekomprimieren Sie die heruntergeladene Datei 2013-07-26-wheezy-raspbian.zip.

Stecken Sie eine SD-Karte ein und notieren Sie sich den zugehörigen Laufwerksbuchstaben (wie zum Beispiel E:). Vergewissern Sie sich, dass die Karte keine noch benötigten Daten enthält, denn sie wird vollständig überschrieben.

Besuchen Sie die Website https://launchpad.net/win32-image-writer und laden Sie sich im Downloadbereich (auf der rechten Seite) die ausführbare Version des Programms Win32DiskImager herunter und entpacken Sie es​.

Starten Sie Win32DiskImager.exe als Administrator. Je nach Konfiguration Ihres Systems müssen Sie auf das Programmsymbol doppelklicken oder es mit gedrückter Umschalttaste mit der rechten Maustaste anklicken und Starten als auswählen.

Wählen Sie im Win32 Disk Imager-Fenster die Datei 2013-07-26-wheezy-raspbian.img aus.

Wählen Sie im Einblendmenü der Geräte auf der rechten Seite den Laufwerksbuchstaben aus, den Sie in Schritt 2 notiert haben (siehe Abbildung 1.1).

Klicken Sie auf Write (Schreiben) und warten Sie, bis der Vorgang abgeschlossen ist. (Das kann 15 bis 30 Minuten dauern, haben Sie also ein wenig Geduld.)

Beenden Sie Win32DiskImager und werfen Sie die SD-Karte aus, die nun das Betriebssystem enthalten sollte.

Abb. 1.1: Das Fenster des Win32DiskImagers

Vorbereiten einer SD-Karte mit Linux

Am einfachsten ist das Schreiben einer SD-Karte​ unter Linux auf der Kommandozeile, wie Sie den folgenden Schritten entnehmen können.

Linux-Zugriffsrechte und sudo

Linux​ beschränkt bestimmte Aktionen, die Daten anderer Benutzer gefährden könnten. Daher funktionieren gewisse Befehle nur, wenn Sie die erforderlichen Zugriffsrechte besitzen. Bei einigen Distributionen müssen Sie sich als Benutzer root​ (so lautet die Bezeichnung des Administratorbenutzerkontos) anmelden, um Kommandos mit erweiterten Zugriffsrechten auszuführen. In anderen Distributionen ist es ausgewählten Benutzern gestattet, einem solchen Kommando den Befehl sudo voranzustellen​. In der Anleitung wird vorausgesetzt, dass mit Ihrem Benutzerkonto die Verwendung von sudo erlaubt ist. Geben Sie anderenfalls im Terminal das Kommando su ein, um zum root-Benutzer zu werden.​

Öffnen Sie ein Terminalfenster und wechseln Sie mittels cd in das Verzeichnis, das die heruntergeladene Datei enthält (z. B. cd Downloads).

Entpacken Sie die heruntergeladene Datei durch Eingabe von unzip, gefolgt von einem Leerzeichen und dem Dateinamen (beispielsweise unzip 2013-07-26-wheezy-raspbian).

Geben Sie ls *.img ein, um sich eine Liste der Imagedateien im aktuellen Arbeitsverzeichnis anzeigen zu lassen, und vergewissern Sie sich, dass die soeben entpackte Datei dabei ist.

Berechnen Sie nun die Prüfsumme der heruntergeladenen Datei, um sicherzugehen, dass sie nicht beschädigt ist oder manipuliert wurde:

sha1sum 2013-07-26-wheezy-raspbian.zip.

Vergewissern Sie sich, dass die Prüfsumme mit der auf http://www.raspberrypi.org/downloads angegebenen übereinstimmt. Es ist zwar unwahrscheinlich, dass sie voneinander abweichen, aber falls doch, laden Sie die Datei erneut herunter und entpacken Sie sie ein zweites Mal.

Stecken Sie eine SD-Karte ein. Vergewissern Sie sich, dass sie keine wichtigen Daten enthält, denn sie wird vollständig überschrieben.

Geben Sie dmesg ein und suchen Sie nach dem Gerätenamen, den Linux für die gerade eingesteckte Karte verwendet. Normalerweise lautet die Bezeichnung sdd, sde, sdf oder ähnlich. Möglicherweise benutzt Linux stattdessen auch einen Namen der Form mmcblk0. Verwenden Sie in den weiteren Schritten stets diese Bezeichnung, wenn sdX vorkommt.

Falls Linux die SD-Karte automatisch ins Dateisystem eingehängt hat, müssen Sie sie durch Eingabe von sudo umount /dev/sdX wieder aushängen.

Überprüfen Sie, ob Sie wirklich den korrekten Gerätenamen gefunden haben, indem Sie sudo fdisk –l /dev/sdX eingeben und vergleichen Sie die angezeigte Größe mit derjenigen der eingesteckten Karte.

Wenn Sie absolut sicher sind, dass die Gerätebezeichnung stimmt, müssen Sie in der folgenden Befehlszeile, die das Image auf die Karte schreibt, sdX durch den in Schritt 6 ermittelten Namen ersetzen:

dd if=2013-07-26-wheezy-raspbian.img of=/dev/sdX

(Der Vorgang dauert ca. 15 bis 30 Minuten, die Sie sich gedulden müssen.)

Geben Sie sudo sync ein, bevor Sie die SD-Karte entnehmen, um sicherzustellen, dass sich keine Daten mehr im Pufferspeicher befinden und wirklich alles auf die Karte geschrieben wurde.

Vorbereiten einer SD-Karte mit OS X

Auch bei Verwendung von OS X ist das Schreiben einer SD-Karte​ auf der Kommandozeile am einfachsten.

Zwar lassen sich auf einem Macintosh viele Operationen mittels Drag&Drop bewerkstelligen, es gibt jedoch auch die Möglichkeit, hinter die Kulissen zu gelangen, um weniger alltägliche Aktionen auszuführen. Der Schlüssel dazu ist das Programm Terminal​, das sich im Ordner Dienstprogramme innerhalb des Ordners Programme befindet. Besonders schnell lässt es sich öffnen, wenn Sie die Befehlstaste und die Leertaste drücken, um eine Spotlight-Suche zu starten. Geben Sie terminal ein und betätigen Sie die Eingabetaste, um das Programm zu starten.

Folgen Sie den folgenden Schritten, um eine SD-Karte zu schreiben:

Öffnen Sie ein Terminalfenster.

Wechseln Sie mittels des Befehls cd in das Verzeichnis, das die heruntergeladene Datei enthält. Geben Sie einfach cd gefolgt von einem Leerzeichen ein und ziehen Sie den Ordner, der die Datei enthält, vom Finder ins Terminalfenster. Das Kommando wird dadurch um den Pfad dieses Ordners ergänzt. Sie müssen nur noch die Eingabetaste betätigen, um den Befehl auszuführen.

Entpacken Sie die heruntergeladene Datei durch Eingabe von unzip, gefolgt von einem Leerzeichen und dem Dateinamen, also beispielsweise unzip 2013-07-26-wheezy-raspbian.zip.

Während die Dekomprimierung läuft, erscheint keine Fortschrittsanzeige und man könnte auf den Gedanken kommen, dass der Computer sich aufgehängt hat. Aber keine Sorge, es kann schon eine Minute oder zwei dauern, bis sämtliche Dateien entpackt sind.

Geben Sie ls *.img ein, um sich eine Liste der Imagedateien im aktuellen Arbeitsverzeichnis anzeigen zu lassen, und vergewissern Sie sich, dass die soeben entpackte Datei dabei ist.

Um zu überprüfen, ob die Datei in Ordnung ist, sollten Sie die Prüfsumme der Datei berechnen und vergleichen. Notfalls kann dieser Schritt übersprungen werden, eine korrekte Prüfsumme gewährleistet jedoch, dass die Datei weder beschädigt noch verändert worden ist. Geben Sie dazu

shasum 2013-07-26-wheezy-raspbian.zip

ein und vergleichen Sie das Resultat mit dem auf http://www.raspberrypi.org/downloads angegebenen Wert. Laden Sie die Datei erneut herunter, falls die beiden Prüfsummen voneinander abweichen.

Geben Sie nun zur Anzeige einer Liste der Laufwerke diskutil list ein.

Stecken Sie eine SD-Karte ein und vergewissern Sie sich, dass sich keine wichtigen Daten darauf befinden, denn sie wird komplett überschrieben.

Führen Sie den Befehl diskutil list erneut aus und notieren Sie sich den neu erschienenen Bezeichner (z. B. /dev/disk1). Die Einträge, deren Bezeichnungen (Spalte Identifier) mit einem »s« gefolgt von einer Zahl enden, können Sie ignorieren. Verwenden Sie in den weiteren Schritten stets diesen Bezeichner statt diskX.

Geben Sie sudo unmountdisk /dev/diskX ein.

Der Befehl zum Schreiben lautet sudo dd bs=1m if=2013-07-26.Wheezy-raspbian.img of=/dev/diskX. Der Vorgang kann 15 bis 60 Minuten in Anspruch nehmen, haben Sie Geduld. (Alternativ können Sie statt /dev/diskX auch /dev/rdiskX verwenden – beachten Sie hier das zusätzliche »r« –, wodurch der Schreibvorgang deutlich beschleunigt wird.)

Geben Sie sudo diskutil eject /dev/diskX ein, bevor Sie die Karte entnehmen.

1.2  Den Raspberry Pi anschließen

Nachdem Sie nun ein Betriebssystem für Ihren Raspberry Pi installiert haben, ist es an der Zeit, ihn anzuschließen.

Entnehmen Sie den Raspberry Pi seiner Verpackung und legen Sie ihn wie in Abbildung 1.2 so auf einer nicht-leitenden Oberfläche ab, dass der Schriftzug »Raspberry Pi« richtig herum lesbar ist. Auf diese Weise können Sie den Anleitungen leichter folgen.

Abb. 1.2: Der Raspberry Pi ist etwa so groß wie eine Kreditkarte und ein kleines Wunder der Ingenieurskunst.

Schließen Sie nun eine USB-Tastatur an einem der beiden USB-Anschlüsse an (siehe Abbildung 1.3).

Abb. 1.3: Anschluss einer USB-Tastatur

Hinweis

Ältere PS/2-Tastaturen​ funktionieren am Raspberry Pi nicht. Gegebenenfalls müssen Sie sich eine USB-Tastatur kaufen (oder ausleihen). Eine solche Tastatur ist aber sehr preiswert.

Schließen Sie nun wie in Abbildung 1.4 neben der Tastatur auch eine Maus an.

Abb. 1.4: Anschluss einer USB-Maus

1.2.1  Anschluss eines Bildschirms

Der Raspberry Pi kann direkt an einen Bildschirm mit HDMI- oder Composite-Eingang angeschlossen werden. Über einen Adapter ist auch der Anschluss von DVI- oder VGA-Displays möglich. Aufgrund der erheblich besseren Bildqualität ist es allerdings ratsam, einen HDMI- oder DVI-Bildschirm zu verwenden.

Überprüfen Sie also zunächst, welche Anschlüsse Ihr Bildschirm besitzt.

Anschluss via HDMI

Wenn Ihr Display einen HDMI-Anschluss​ (High Definition Multimedia Interface, hochauflösende Multimediaschnittstelle) besitzt, benötigen Sie ein HDMI-auf-HDMI-Kabel. Dieser Videoanschluss ist als einziger in der Lage, auch Audiosignale vom Raspberry Pi an den Bildschirm zu übertragen. Die HDMI-Buchse befindet sich am unteren Rand der Platine (siehe Abbildung 1.5).

Abb. 1.5: Der HDMI-Anschluss des Raspberry Pi

Anschluss via DVI

Falls Ihr Display über einen DVI-Eingang​ (Digital Visual Interface, digitale visuelle Schnittstelle) verfügt, ist ein Adapter erforderlich (siehe Abbildung 1.6). HDMI und DVI verwenden fast dieselben elektrischen Signale, der Adapter ist daher passiv; das heißt, er enthält keinerlei Elektronik, sondern besteht nur aus zwei Anschlüssen mit passender Verkabelung. Solche Adapter sind für ca. 5 Euro im Fachhandel erhältlich.

Abb. 1.6: HDMI-auf-DVI-Adapter

Anschluss via VGA

Sowohl HDMI als auch DVI verwenden digitale Signale und finden sich nur bei neueren Displays. Ältere Monitore mit VGA-Anschluss​ (Video Graphics Array, ein analoger Bildübertragungsstandard) hingegen verwenden analoge Signale. Aus diesem Grund ist eine elektronische Schaltung erforderlich, um die Signale zu konvertieren. HDMI-auf-VGA-Adapter sind für ca. 20 Euro verfügbar. Das Gerät namens »Pi-View«​ in Abbildung 1.7 ist speziell für den Raspberry Pi ausgelegt und bei Element14 erhältlich.

Abb. 1.7: Der HDMI-auf-VGA-Adapter »Pi-View«

Analog- und Digitalsignale

Computer verwenden intern digitale Signale​, bei denen es lediglich darauf ankommt, ob sie sich im Zustand »Ein« oder »Aus« befinden. Die Spannungsdifferenz zwischen diesen beiden Zuständen beträgt für gewöhnlich einige Volt. Daten werden als eine Folge dieser Spannungszustände kodiert, die oft als Einsen und Nullen bezeichnet werden. Durch elektromagnetische Interferenzen verursachte kleine Spannungsschwankungen sind in der Regel nicht ausreichend, um die Bedeutung eines Spannungszustands zu ändern.

Analoge Signale​ finden in modernen Computern fast nur noch beim Anschluss externer Geräte Verwendung, wie z. B. Monitore oder Lautsprecher. Bei analogen Signalen werden die Daten typischerweise in Form eines zusammenhängenden Spannungsbereichs dargestellt. Eine kleine Spannungsschwankung bewirkt daher, dass ein anderer Wert erkannt wird. Das bedeutet, dass Interferenzen die Daten verändern können.

Ein VGA-Monitor stellt unterschiedliche Spannungswerte als verschiedene Farben dar. Jegliche Interferenz hat somit einen Einfluss auf die Darstellung auf dem Bildschirm, die dadurch beeinträchtigt wird. Auf die digitalen HDMI-Signale haben kleine Interferenzen hingegen keine Auswirkung. Bei hinreichend starken Interferenzen allerdings wird das Signal insgesamt gestört und es wird gar kein Bild übertragen.

Anschluss via Composite-Video-Anschluss

Wenn Ihr Bildschirm nur über einen Composite-Video-Anschluss​ verfügt, benötigen Sie ein Cinchkabel​, wie es beispielsweise früher zum Anschluss von Plattenspielern an einen Verstärker benutzt wurde. Es wird wie in Abbildung 1.8 mit der gelben Buchse am oberen Rand des Raspberry Pi verbunden. Sie sollten sich jedoch darüber im Klaren sein, dass Composite-Video eine ziemlich alte Technologie ist und die Bildqualität meist zu wünschen übrig lässt.

Abb. 1.8: Cinchbuchse des Composite-Video-Anschlusses

1.2.2  Anschluss ans Netzwerk

Der Raspberry Pi besitzt zur Verbindung mit dem Internet oder Ihrem Netzwerk einen Ethernet-Anschluss​. Sie können also neue Software und Aktualisierungen herunterladen sowie im Internet surfen oder sogar Ihren eigenen Webserver betreiben!

Schließen Sie wie in Abbildung 1.9 an der rechten Seite der Platine ein Ethernet-Kabel an, wenn Sie ein Netzwerk verwenden möchten. Der Raspberry Pi nutzt zwar das Netzwerk zum Einstellen seiner Uhrzeit sowie zum Herunterladen neuer Software und Aktualisierungen, funktioniert aber auch ohne Netzwerkverbindung.

Abb. 1.9: Netzwerkanschluss

1.2.3  Start des Betriebssystems

Sie benötigen eine SD-Karte mit bereits installiertem Betriebssystem, die Sie vorgefertigt erwerben können. Oder Sie folgen der Anleitung am Anfang dieses Kapitels, um selbst eine solche Karte zu erstellen.

Schieben Sie die SD-Karte​ wie in Abbildung 1.10 behutsam in den dafür vorgesehenen Steckplatz an der unteren linken Seite. Achten Sie beim Ein- und Ausstecken der SD-Karte darauf, dass sie parallel zum Raspberry Pi ausgerichtet ist und nicht verkantet, um die Plastikhalterung nicht versehentlich zu zerbrechen (siehe Abbildung 1.11).

Abb. 1.10: Vorsichtiges Einstecken der SD-Karte

Abb. 1.11: Achten Sie beim Einstecken der SD-Karte darauf, dass sie nicht verkantet, damit der Kunststoffrahmen, der die Karte hält, nicht beschädigt wird.

1.2.4  Einschalten!

Vorsicht

Gewöhnen Sie sich am besten an, vor dem Anschließen der Spannungsversorgung zu überprüfen, dass sich keine leitenden Gegenstände in Kontakt mit dem Raspberry Pi befinden, die möglicherweise einen Kurzschluss verursachen könnten. Schon ein kurzer Blick kann Sie davor bewahren, versehentlich Ihren Raspberry Pi zu beschädigen!

Schließen Sie die Spannungsversorgung​ wie in Abbildung 1.12 am Anschluss unten links an. In der Ecke oben rechts sollte nun eine rote LED mit der Bezeichnung P​WR leuchten und eine weitere grüne LED mit der Kennung ​ACT anfangen zu blinken.

Abb. 1.12: Anschluss eines Micro-USB-Steckers zur Spannungsversorgung

Der Raspberry Pi benötigt ein Netzteil​, das bei einer Spannung von 5 Volt 700 Milliampere (3,5 Watt​) bereitstellen kann. Die meisten Handy-Netzteile vernünftiger Qualität funktionieren tadellos – bei vielen sind die Leistungskennzahlen auch angegeben, sodass Sie sie leicht überprüfen können. Falls Ihr Netzteil nicht genügend Leistung liefert, startet Ihr Raspberry Pi möglicherweise nicht oder hängt sich auf, wenn es zu etwas anspruchsvolleren Berechnungen kommt. Weitere Information finden Sie im Abschnitt 1.6, der in diesem Kapitel noch folgt.

1.3  Der Startvorgang​

Wenn Sie alle Komponenten miteinander verbunden haben, eine korrekt vorbereitete SD-Karte eingesteckt ist und der Raspberry Pi mit Spannung versorgt wird, zeigt er kurz ein in verschiedenen Farben flackerndes Quadrat an, um die Grafik zu testen. Nach einigen Sekunden erscheint dann in der oberen linken Ecke des Bildschirms das Raspberry-Pi-Logo und es werden eine Menge Textzeilen ausgegeben.

Diese Textzeilen geben Auskunft über die Vorgänge, die das Betriebssystem beim Start durchführt. Sie finden hier beispielsweise Meldungen zu den verschiedenen Gerätetreibern, die geladen werden, wie etwa Tastatur-, Sound- und Netzwerktreiber. Nach dem Laden der Treiber führt das Betriebssystem gegebenenfalls Startprogramme aus und gibt schließlich die Login-Aufforderung​ aus.

Standardmäßig lautet der Benutzername pi und das Kennwort ist raspberry.

Geben Sie pi ein und drücken Sie Enter.

Tippen Sie nun raspberry ein und drücken Sie erneut Enter. Wundern Sie sich nicht, dass beim Eingeben auf dem Bildschirm nichts angezeigt wird, denn Linux unterdrückt die Ausgabe bei der Eingabe von Kennwörtern.

Ihnen sollte nun die Kommandozeile angezeigt werden, auf der Sie Befehle eingeben und Programme ausführen können. Im übernächsten Abschnitt werden Sie das Programm starten, das Ihnen eine grafische Benutzeroberfläche für den Raspberry Pi zur Verfügung stellt.

1.3.1  Sprache, Ländereinstellungen und Tastaturbelegung anpassen

Zur Anpassung von Tastaturbelegung​, Ländereinstellungen​ (wie Uhrzeit- und Datumsformat)​​ und der Sprache​ gibt es das Kommandozeilenprogramm raspi-config, ​das Sie durch Eingabe von

sudo raspi-config

und Drücken von Enter starten können. Ihnen wird nun nach einigen Sekunden der in Abbildung 1.13 gezeigte englischsprachige Bildschirm präsentiert. Haben Sie Geduld, es kann wirklich 10 Sekunden oder länger dauer​n.

Abb. 1.13:raspi-config unmittelbar nach dem Start

Vorsicht

Das Programm raspi-config ermöglicht einige nicht ganz ungefährliche Einstellungen, wie beispielsweise die Übertaktung​ (Overclock)​ des Prozessors, die eine interne Hardware-Sicherung durchbrennen lassen und den Verlust des Gewährleistungsanspruchs zur Folge haben kann, selbst wenn Sie die Einstellung wieder zurücksetzen. Ändern Sie also andere als die beschriebenen Einstellungen besser nur, wenn Sie wirklich ganz genau wissen, was Sie tun.

Da die Maus zu diesem Zeitpunkt noch nicht funktioniert, müssen Sie die Pfeiltasten sowie die Leertaste, Esc, Tabulator und Enter verwenden, um das Programm zu bedienen. Verwenden Sie die Pfeiltasten, um Internationalisation Options auszuwählen, und drücken Sie Enter. Es erscheint der in Abbildung 1.14 gezeigte Bildschirm.

Abb. 1.14: Ländereinstellungen in raspi-config

Drücken Sie erneut Enter, um Ihre Standorteinstellungen auszuwählen. Sie sollten aus der (sehr langen!) Liste, die Sie mittels der Pfeiltasten durchlaufen können, neben dem voreingestellten en_GB.UTF-8 UTF-8 mindestens de_DE.UTF-8 UTF-8 und en_US.UTF-8 UTF-8 aktivieren, indem Sie die Leertaste betätigen. Die Auswahl wird dann durch ein Sternchen angezeigt (siehe Abbildung 1.15).

Abb. 1.15: Auswahl der Ländereinstellung

Drücken Sie dann Tabulator, um OK auszuwählen, und Enter, um Ihre Auswahl zu speichern. In gleicher Weise können Sie auch Uhrzeitformat, Zeitzone und Tastaturbelegung ändern.

Nach dem Start der grafischen Benutzeroberfläche (siehe nächster Abschnitt) können Sie das Programm jederzeit über das LXTerminal erneut öffnen.

1.4  Die grafische Benutzeroberfläche starten

Wenn Ihnen Windows oder OS X vertraut ist, sind Sie daran gewöhnt, dass automatisch eine freundliche grafische Benutzeroberfläche​​ mit anklickbaren Programmsymbolen gestartet wird. Um zu zeigen, dass ein Computer gar nicht unbedingt eine grafische Benutzeroberfläche benötigt, wird sie auf dem Raspberry Pi auch nicht automatisch gestartet. Das können Sie mit dem eben vorgestellten Programm raspi-config aber ebenfalls ändern. Wählen Sie den Menüpunkt Enable Boot to Desktop aus und aktivieren Sie Desktop Log in as user 'pi' at the graphical desktop, um die grafische Benutzeroberfläche automatisch zu starten.

Der X-Server

Linux ist dafür ausgelegt, dass die grafische Benutzeroberfläche als eigenständiges Programm namens X-Server​ (oder kurz X) auf dem Betriebssystem läuft. Dadurch werden neue Möglichkeiten eröffnet, wie z. B. die Steuerung eines Computers, dessen Bildschirmanzeige mittels einer Netzwerkverbindung auf einem anderen Computer dargestellt wird. Sie können Ihren Raspberry Pi also auch bedienen, wenn gar kein Bildschirm daran angeschlossen ist. Das ist z. B. sehr nützlich, wenn Sie nur über einen Bildschirm verfügen oder der Raspberry Pi sich an einem unzugänglichen Ort befindet (siehe Kapitel 13, Hausautomation).

Geben Sie ansonsten zum Start der grafischen Benutzeroberfläche des Raspberry Pi auf der Kommandozeile den Befehl startx ein.

Nach einigen Sekunden startet der X-Server und zeigt den Schreibtisch auf dem Bildschirm an. Wird Ihnen das Raspberry-Pi-Logo auf dem Schreibtischhintergrund angezeigt? Herzlichen Glückwunsch – Sie haben soeben Ihren Raspberry Pi erfolgreich zum Laufen gebracht! Die Projekte im Buch setzen diesen Zustand des Raspberry Pi (Anzeige der Schreibtischoberfläche) als Ausgangspunkt voraus.

1.5  Terminal unter X starten

Linux macht von der textbasierten Kommandozeile ausgiebig Gebrauch, die häufig auch als Terminal​ bezeichnet wird. Das Terminal ist äußerst leistungsfähig und für manche Aufgaben besser geeignet als die Maus. Zum Öffnen eines Terminalfensters unter X können Sie entweder auf das Programmsymbol auf dem Schreibtisch doppelklicken oder den Menüpunkt Zubehör|LXTerminal auswählen.

1.6  Fehlerbehebun​g

Sie werden diesen Abschnitt hoffentlich nie benötigen, aber selbst wenn Sie der Anleitung Schritt für Schritt gefolgt sind, kann es sein, dass irgendetwas nicht funktioniert. Beim Umgang mit Computern ist die Suche von Fehlern und deren Behebung ein bedeutender Gesichtspunkt. Im Allgemeinen geht man dabei logisch vor und versucht nach und nach, verschiedene Ursachen auszuschließen, bis das Problem identifiziert werden kann. Sie werden im weiteren Verlauf des Buches feststellen, dass dieses Prinzip auch für die Fehlersuche in Programmen gilt. Es ist daher sinnvoll, die Konfiguration so weit wie möglich zu vereinfachen: Entfernen Sie Tastatur, Maus und/oder Bildschirm und prüfen Sie, ob der Raspberry Pi irgendwelche Lebenszeichen von sich gibt. Schließen Sie die Komponenten dann eine nach der anderen wieder an. Wenn Sie einen Verdacht gegen eine bestimmte Komponente hegen, können Sie versuchen, sich einen bekanntermaßen funktionierenden Ersatz dafür von Freunden auszuleihen oder die verdächtige Komponente an deren Geräten ausprobieren. Auf diese Weise können Sie Komponenten als Fehlerquelle eliminieren, bis die Ursache gefunden ist.

1.6.1  Häufige Fehlerquellen

Die beim Versuch, den Raspberry Pi zum Laufen zu bringen, auftretenden Probleme sind größtenteils leicht zu beheben. In den folgenden Unterabschnitten sind die Schwierigkeiten beschrieben, die Ihnen typischerweise begegnen werden, und es wird erläutert, wie das jeweilige Problem zu beheben ist.

Keine Betriebsanzeige

Falls nach dem Anschluss der Spannungsversorgung keine der LEDs leuchtet, liefert das Netzteil möglicherweise nicht die erforderliche Spannung von 5 Volt. Falls Sie ein Multimeter besitzen, können Sie die Spannung wie im Abschnitt Probleme mit der Spannungsversorgungbeschrieben nachmessen. Leihen Sie sich anderenfalls ein Netzteil aus, von dem Sie wissen, dass es funktioniert.

Nur die rote LED leuchtet

Falls nur die rote LED leuchtet, ist die Spannungsversorgung des Raspberry Pi vermutlich in Ordnung, er startet jedoch nicht. Vergewissern Sie sich, dass die SD-Karte richtig eingesteckt ist. Wenn das nicht hilft, sollten Sie überprüfen, ob die Karte ein startfähiges Betriebssystem enthält. Doch selbst wenn dies der Fall ist, kann es sein, dass die SD-Karte nicht mit dem Raspberry Pi kompatibel ist. Probieren Sie dann, falls möglich, eine bekanntermaßen funktionierende Karte eines Freundes aus oder kaufen Sie sich eine vorbereitete SD-Karte. Überprüfen Sie außerdem, ob die Spannungsversorgung auch wirklich ausreichend ist.

Keine Bildschirmanzeige

Überprüfen Sie das Verbindungskabel auf festen Sitz und vergewissern Sie sich, dass der richtige Eingang ausgewählt ist, sofern Ihr Bildschirm über mehrere Eingänge verfügt. Bei vielen Geräten, die mehrere Eingänge besitzen, gibt es an der Vorderseite einen Taster, mit dem sich die verschiedenen Eingänge der Reihe nach anzeigen lassen. Bei einigen Bildschirmen kann es erforderlich sein, dass die Verbindung zwischen Raspberry Pi und Monitor bereits hergestellt sein muss, bevor der Raspberry Pi eingeschaltet wird. Falls Sie überhaupt nicht weiterkommen, sollten Sie einen anderen Bildschirm und/oder ein anderes Kabel ausprobieren.

Unregelmäßig auftretende Probleme

Sollte sich der Raspberry Pi gelegentlich aufhängen oder neu starten, insbesondere wenn Sie energiehungrige Aktionen durchführen (z. B. grafiklastige Programme oder Anschließen von Peripheriegeräten), stellt das Netzteil vermutlich nicht genügend Leistung bereit.

Probleme mit der Spannungsversorgung

Nicht alle Micro-USB-Netzteile stellen eine für den Betrieb des Raspberry Pi ausreichende Leistung bereit, die deutlich über der von herkömmlichen PC-USB-Anschlüssen gelieferten Leistung liegt. Entsprechend der Aufgaben, die der Raspberry Pi gerade erledigt, variiert auch die Leistungsaufnahme. Daraus folgt, dass manche Netzteile zeitweise funktionieren, aber ihren Dienst einstellen, sobald eine etwas höhere Leistung erforderlich ist. Ihr Netzteil sollte mindestens 700 Milliampere bei einer Spannung von 5 Volt bzw. 3,5 Watt liefern können. Die meisten Netzteile besitzen einen kleinen Aufkleber, auf dem die gelieferte Leistung oder der bereitgestellte Strom angegeben ist. Aber Vorsicht: Nicht alle Netzteile halten, was sie auf dem Aufkleber versprechen! Falls Ihr Raspberry Pi im Prinzip funktioniert, aber seinen Geist aufgibt, sobald Sie anspruchsvollere Programme wie z. B. Grafikanwendungen ausführen, ist das Netzteil womöglich ungeeignet. In manchen Fällen ist auch nicht das Netzteil selbst, sondern das Verbindungskabel zum Raspberry Pi der Übeltäter. Manche Kabel besitzen einen erstaunlich hohen Widerstand und sorgen dadurch für einen Spannungsabfall am Computer.

Das Netzteil muss neben dem Raspberry Pi auch sämtliche angeschlossenen Peripheriegeräte versorgen. Wenn die Stromaufnahme eines angeschlossenen Geräts zu hoch ist, funktioniert Ihr Raspberry Pi nicht mehr. Wenn Ihnen der Umgang mit einem Multimeter vertraut ist, können Sie die unter Last vom Netzteil bereitgestellte Spannung nachmessen. Wie Sie das genau anstellen müssen, können Sie im Buch Raspberry Pi – Einstieg und User Guide von Eben Upton und Gareth Halfacree (mitp 2013) nachlesen. Wenn Sie an den Testmesspunkten eine Spannung von weniger als 4,3 Volt ermitteln, könnte es sich lohnen, zunächst ein anderes Verbindungskabel auszuprobieren, statt gleich ein anderes Netzteil zu verwenden.

1.6.2  Weitere Hilfestellung

Sollten Sie noch immer mit Ihrem Raspberry Pi zu kämpfen haben, sind Ihnen weitere Anlaufpunkte, bei denen Sie Hilfe finden können, sicher willkommen. Die enorme Popularität des Raspberry Pi bringt den großen Vorteil mit sich, dass es eine begeisterte und hilfsbereite Anhängergemeinde gibt, die Sie gerne unterstützt. Vielleicht finden Sie unter http://elinux.org/R-Pi_Troubleshooting eine Lösung für Ihr spezielles Problem, oder besuchen Sie das Raspberry-Pi-Forum (http://www.raspberrypi.org/forum).

Wenn Sie einer Benutzergruppe beitreten oder ein Treffen einer solchen Gruppe besuchen, die sich selbst als Raspberry Jam (Himbeermarmelade)​ bezeichnen, wird Ihnen oftmals sogar eine persönliche Hilfestellung angeboten. Diese Benutzergruppen sind in einem weltweiten Verbund organisiert. Unter http://raspberryjam.org.uk können Sie nachsehen, ob es auch in Ihrer Nähe einen Raspberry Jam gibt.

Auch im Raspberry Pi User Guide finden Sie eine Reihe von Vorschlägen zur Fehlersuche und der Konfiguration spezieller Hardware-Komponenten.

1.7  Der Spaß geht los!

Wenn Ihr Raspberry Pi nun endlich läuft, ist es an der Zeit, sich mit dem einen oder anderen Projekt zu vergnügen. Der Beschimpfungsgenerator aus Kapitel 2 ist dafür ein guter Ausgangspunkt, denn er führt in die Programmierung des Raspberry Pi in Python ein und – noch besser – Sie können damit Freunde und Familie zur Schnecke machen!

Kapitel 2: Ein erstes Programm: Der Beschimpfungsgenerator

von Dr. Andrew Robinson

Dieses Kapitel behandelt folgende Themen

Schreiben und Starten Ihres ersten Python-Programms

Daten in Variablen speichern

Text und Stringvariablen

Meldungen auf dem Bildschirm ausgeben

Funktionen

Benutzereingaben

Bedingtes Verhalten durch die if-Anweisung

Schleifen

Dieses nicht ganz ernst gemeinte Projekt soll Ihnen den Einstieg in Ihr erstes Programm erleichtern. Es erzeugt durch Kombination eines Verbs, eines Adjektivs und eines Substantivs eine zufällige scherzhafte Beschimpfung. Mit anderen Worten: Sie bringen Ihren hoch entwickelten Raspberry Pi dazu, Sätze wie »Fred, Sie sind eine alte wilde Knolle« auf dem Bildschirm auszugeben.

Wenn Sie mit etwas Einfachem loslegen, kommen Sie bereits in den Genuss der Programmierung, ohne dabei allzu viel Code eingeben zu müssen. Und wenn es erst einmal funktioniert, können Sie Ihren Code immer noch verfeinern. Tatsächlich verfolgen professionelle Programmierer oft einen ganz ähnlichen Ansatz: Sie schreiben etwas ganz Simples, testen es, und fügen unter ständigem weiteren Testen allmählich weitere Funktionalitäten hinzu.

Außerdem ist es durchaus sinnvoll, sich Programmbeispiele anzusehen, um herauszufinden, was sie bewirken, und sie dann an die eigenen Bedürfnisse anzupassen. Auch die meisten professionellen Programmierer gehen auf diese Weise vor. Experimentieren Sie mit den im Buch vorgestellten Projekten herum und passen Sie sie ganz nach Belieben Ihren Wünschen an! Denken Sie aber daran, eine Kopie des Originals zu erstellen, damit Sie nicht plötzlich vor dem Nichts stehen, wenn Ihre Änderungen nicht funktionieren.

Dieses Kapitel soll Ihnen dabei helfen, in die Programmierung des Raspberry Pi einzusteigen, und enthält aus diesem Grund auch die meiste Theorie. Wenn Sie es durchgearbeitet haben, besitzen Sie die erforderlichen Kenntnisse, um eigene Programme zu schreiben. Das Kapitel ist ziemlich umfangreich, aber Sie müssen es ja nicht ohne Unterbrechung durchlesen. Manchmal ist es sogar besser, eine Pause einzulegen, um das erworbene Wissen ein wenig »sacken« zu lassen. Die Programmierung von Computern ist nicht weniger kreativ als die Malerei oder das Anfertigen von Strickarbeiten, und wie bei diesen Hobbys auch, müssen Sie die eine oder andere Stunde damit zubringen, die Grundlagen zu erlernen, bevor Sie ein Meisterwerk erschaffen können!

In diesem Kapitel werden Sie lernen, wie Sie ein Python-Programm eingeben und starten können. Sie werden dabei außerdem verschiedene Aspekte der Programmiersprache Python kennenlernen.

2.1  Das erste Python-Programm

Viele Leute verwenden zum Erstellen von Texten ein Textverarbeitungsprogramm, weil es dort eine Rechtschreib- und Grammatikprüfung gibt. Sie könnten natürlich ebenso einen einfachen Texteditor wie Notepad unter Windows, TextEdit auf einem Macintosh oder LeafPad auf dem Raspberry Pi verwenden. Gleiches gilt für das Schreiben von Code: Sie können ihn in einen Texteditor Ihrer Wahl eintippen oder aber eine IDE​ (Integrated Development Environment, integrierte Entwicklungsumgebung) verwenden. Ähnlich wie die Rechtschreibkorrektur in einer Textverarbeitung prüft die IDE die Syntax (um zu gewährleisten, dass der Code für den Computer einen Sinn ergibt) und bietet weitere Annehmlichkeiten, die das Schreiben von Code zu einem Vergnügen machen!

Abb. 2.1: IDLE starten

Ebenso wie es eine ganze Reihe von Textverarbeitungsprogrammen gibt, stehen auch mehrere IDEs für Python zur Verfügung. Das einfache Beispiel in diesem Kapitel werden Sie in die IDE namens IDLE eingeben. IDLE ist besonders gut für Einsteiger geeignet, weil es einfach und Bestandteil fast jeder Python-Installation ist – der Raspberry Pi macht da keine Ausnahme.

Klicken Sie auf das Menü unten links (unter Windows befindet sich an dieser Stelle das Startmenü) und wählen Sie wie in Abbildung 2.1Entwicklung|IDLE, um das Programm zu starten.

Hinweis

Es gibt auf dem Raspberry Pi zwei IDLE-Versionen. IDLE 3 verwendet Python in der Version 3.0, die einige zusätzliche Funktionalitäten besitzt und einige subtile Änderungen in Teilen der Programmiersprache mitbringt. Die Beispiele in diesem Kapitel sind für Python 2 (bzw. IDLE) programmiert. Wenn Sie die Beispiele ohne Anpassungen in IDLE 3 eingeben, wird es zu Fehlermeldungen kommen.

Nun erscheint das IDLE-Fenster im interaktiven Modus. In diesem Modus werden Ihre Eingaben sofort ausgewertet, wenn Sie die Enter-Taste drücken, was zum Testen von Python-Code hervorragend geeignet ist. Folgen Sie den nachstehenden Schritten, um das Ganze in Aktion zu sehen:

Geben Sie folgenden Code ein:

print ("Hello World")

Drücken Sie die Enter-Taste. Python sollte nun nach der Begrüßungsmeldung und Ihrer ersten Codezeile das Resultat anzeigen (siehe Abbildung 2.2).

Hinweis

Computer sind gegenüber Tippfehlern sehr viel unnachsichtiger als Menschen. Vergewissern Sie sich daher, dass Sie den Code exakt so wie in den Beispielen gezeigt eingeben.

Hinweis

Viele Programmierer schreiben als Allererstes ein »Hello World«-Programm, wenn sie eine neue Programmiersprache erlernen. Es ist das denkbar einfachste Programm und stellt eigentlich eher einen Test dar, ob es prinzipiell funktioniert, Code einzugeben und diesen auszuführen. Ein »Hello World«-Programm gab es bereits in den ersten Einführungslehrgängen für Programmierer Anfang der Siebzigerjahre des vergangenen Jahrhunderts. Es gibt sogar ein Hardware-Pendant dazu, das Sie in Kapitel 9, Reaktionstest, noch kennenlernen werden.