树莓派 3B、摄像头模组与 iRobot Create 完整搭建指南 (CS424)

1. 简介

   树莓派 3 Model B 是功能多样的单板计算机，配备 USB、Wi-Fi、蓝牙、以太网、HDMI、音频和 GPIO 引脚。CS424 课程将用它控制 iRobot Create，利用其强劲硬件：4 核 1.2 GHz 处理器和 1 GB 内存。最低硬件需求包括：

   • 树莓派 3B 主板
   • 32GB microSD 卡（含转接器如需要）
   • 5V 电源（如 CanaKit）
   • 树莓派摄像头模组 v2 用于视觉
   本教程涵盖操作系统安装、Wi-Fi 配置、发现协议设置、确保与机器人无线通信，并含操作 Pi 裸露电气触点的安全预防措施。

2. 安装 Raspbian 操作系统
   1. 方法 1：使用 NOOBS (New Out‑of‑Box Software)

      NOOBS 提供最简路径。从 树莓派下载页 下载“离线和网络安装”包，按 NOOBS 安装指南 操作。解压 ZIP 并将内容复制到 microSD 卡。安全弹出卡以防损坏。

      插卡启动 Pi，连接 HDMI 显示器、USB 键鼠，上电。OS 安装向导引导设置语言、时区、用户凭据。Raspbian 安装完成后跳至配置部分。

   2. 方法 2：直接刷写 Raspbian 镜像

      从 树莓派 OS 下载页 下载完整桌面镜像。按 Mac、Linux、Windows 平台特定说明（Mac、Linux、Windows）将镜像写入 microSD 卡。刷写后插卡上电完成首次启动。

3. 初始配置
   1. 设置主机名

      编辑 /etc/hosts 和 /etc/hostname 将默认 raspberrypi 改为唯一名称如 robotpi4（将“4”替为你的组号）。用 sudo nano 或偏好编辑器。记得点击保存并退出。

   2. 配置 Wi-Fi

      向 /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf 添加家庭网络凭据：

      network={
        ssid="your_home_wifi_name"
        psk="your_home_wifi_passphrase"
        key_mgmt=WPA-PSK
      }

      IllinoisNet 企业网需生成密码哈希：

      echo -n 'your_netid_password' | iconv -t utf16le | openssl md4
      

      将哈希填入配置块：

      network={
        ssid="IllinoisNet"
        key_mgmt=WPA-EAP
        proto=WPA2
        eap=PEAP
        ca_cert="/etc/ssl/certs/AddTrust_External_Root.pem"
        identity="your_net_id"
        password=hash:6602f435f01b9173889a8d3b9bdcfd0b
        phase1="peapver=0"
        phase2="MSCHAPV2"
      }

      替换哈希和 your_net_id。用 history -cw 清除 shell 历史中的明文密码。

   3. 为网络接口启用 DHCP

      编辑 /etc/network/interfaces 将所有 manual 改为 dhcp：

      auto lo
      iface lo inet loopback
      iface eth0 inet dhcp
      allow-hotplug wlan0
      iface wlan0 inet dhcp
      wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
      allow-hotplug wlan1
      iface wlan1 inet dhcp
      wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
      

   4. 建立简单发现协议

      创建脚本在网络接口启动时通知中央服务器。运行：

      sudo touch /etc/network/if-up.d/robotpi
      sudo chmod 755 /etc/network/if-up.d/robotpi
      sudo nano /etc/network/if-up.d/robotpi
      

      插入以下内容（编辑器中将反引号替为实际反引号）：

      #!/bin/sh
      curl --data "hostname=$(hostname)&data=$(ifconfig)" \
       https://apollo3.cs.illinois.edu/robotpi/controller.py/send_heartbeat
      

      保存退出。用 sudo reboot 重启 Pi 应用更改。

4. 通过 SSH 或直接编辑 SD 卡的替代初始配置
   1. 有线连接方式

      用网线连 Pi 到路由器。启动后在路由器管理面板或 ping raspberrypi.local 找到 IP（如 192.168.x.x）。SSH 登录：

      ssh [email protected] 192.168.x.x
      

      按上述应用主机名、Wi-Fi、DHCP、发现设置。

   2. 直接编辑 microSD 卡（无需启动）

      启动 Linux 系统（或 Ubuntu Live USB），插入 microSD 卡，挂载根文件系统。目录通常在 /media/username/ 或 /run/media/username/。编辑同前文件，但路径加点前缀（如 ./etc/hosts）。编辑后卸载并安全弹出卡。

5. 测试搭建

   用 microSD 卡和 CanaKit 电源给 Pi 上电。等待几分钟启动。在任意网络连接电脑浏览器访问 https://apollo3.cs.illinois.edu/robotpi。仪表板列出所有活跃树莓派节点，显示主机名、时间戳、无线 IP。

   通过显示的 IP SSH 验证连接：

   ssh [email protected] 10.195.29.33
   

   默认密码 raspberry（除非已修改）。安全关机运行 sudo shutdown now。立即重启用 sudo reboot now。