设置 Raspberry Pi、相机和 iRobot Create

1. 简介
   Raspberry Pi 是一款小型单板计算机，具有 USB、WiFi、蓝牙、以太网、HDMI、
   音频和 GPIO 连接。在 cs424 中，我们将使用
   Raspberry Pi 3 Model B 控制 iRobot 创建。与其他
   模型相比，此特定模型是最强大的。它有 4 个主频为 1.2 GHz 的内核和 1 GB 的 RAM。运行系统所需的最低硬件
   是(1) Raspberry Pi 主板，(2) MicroSD 存储卡，以及
   (3) 电源。此外，我们还将使用 Raspberry Pi Camera Module v2 作为机器人的
   “视觉”。在本教程中，我们使用操作系统设置 Raspberry Pi，启动它，
   连接到它，安装 iRobot 和
   相机分配所需的必要库。我们还将配置 IllinoisNet WiFi 和一个简单的发现协议，以便我们可以
   在树莓派上开发我们的软件，并以无线方式与机器人通信。
   一般注意事项
   树莓派是一块裸露的主板，并且暴露了电气连接。因此，请勿将其放在金属表面上，因为它可能会使某些端子短路。将它放在 iRobot 的有效载荷
   bin 上时，请注意那里有金属螺钉，因此请采取必要的预防措施以
   隔离（例如将其放在纸或塑料上）。尽量不要用手去接触芯片的引脚
   无论pi板是否通电。有时，我们身体的静电荷
   足以破坏芯片。在放下电路板之前，握住电路板的边缘并释放身体上的静电
   。运输时请使用 Raspberry Pi
   原来的防静电袋。
2. 安装 Raspbian 操作系统
   在我们启动 pi 之前，我们需要在 32 GB MicroSD 卡上安装一个操作系统。
   可以安装许多操作系统，包括不同风格的 Linux。我们
   将安装 Raspbian 操作系统，这是一个基于 Debian 的发行版，针对
   Pi 硬件 (https://www.raspbian.org) 进行了优化。因为它是基于 Debian 的，所以你可以从常用的 Ubuntu Linux 中继承很多
   知识。
   确保你有 MicroSD 卡和它的适配器。大多数笔记本电脑只有
   一个全尺寸 SD 卡插槽。该适配器将 MicroSD 卡转换为
   全尺寸卡的外形。将卡连接到 Mac、Linux 或 Windows 笔记本电脑。此时有
   两条可用的路线可供选择。
   2.1 通过 NOOBS（新的开箱即用软件）安装 Raspbian
   这是最简单的方法。但是，它需要您拥有 HDMI 显示器、HDMI 电缆、USB
   键盘和 USB 鼠标。您可以从以下链接下载 NOOBS。选择
   3
   “离线和网络安装”选项，因为它包含操作系统的全部内容
   https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs/ 一旦 NOOBS 被下载，请参阅
   https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/noobs.md 了解如何
   格式化 SD 卡并在其上安装 NOOBS。安装过程基本上就是解压
   zip文件，复制到卡上。复制NOOBS后，从您的
   计算机中正确弹出卡。如果在未弹出的情况下将卡从插槽中取出，该卡可能会损坏。下一步
   是启动树莓派。
   2.1.1 将设备连接到树莓派
   我们需要连接设备并为其通电。 (1) 将 MicroSD 卡插入 Raspberry
   Pi。请注意，您可能需要首先将其从适配器中移除，因为 Pi 直接采用
   MicroSD 外形尺寸。您可以在主板的另一侧找到 MicroSD 卡插槽（加载摩擦）。 (2) 将 HDMI 电缆的一端连接到 Pi，另一端连接到显示器。
   如果该显示器是外接显示器或电视，则需要单独为其供电。 (3) 连接
   一个USB键盘和一个USB鼠标。 (4) 为简单起见，暂时先忽略相机， (5)
   连接 USB 5V 电源。请勿使用随意使用的 USB 充电器
   ，因为它们可能没有足够的额定电流。使用为此目的提供的 CanaKit 电源
   。请注意，没有“开始”或“开启”开关/按钮。一旦连接电源
   电源，它会像电脑一样启动。如果系统有电，它将打开一个“红色”LED
   。旁边的“绿色”指示灯可能会间歇性闪烁，表示
   MicroSD 卡上有活动。
   2.1.2 为 Raspberry Pi 通电后安装 Raspbian
   一旦启动，您需要按照屏幕上显示的说明安装 Raspbian。
   以下文章更详细地说明了本节中描述的整个过程。
   http://lifehacker.com/thealwaysuptodateguidetosettingupyourraspberr1781419054
   安装 Raspbian 后，请跳至第 3 节以设置
   2.2 无需启动树莓派即可安装操作系统镜像
   本节介绍如何在不使用NOOBS的情况下直接在存储卡上安装Raspbian。
   稍​​微有点涉及，如果您使用的是Linux或Mac，则可能需要使用终端
   .但它不需要使用 HDMI 显示器、键盘和鼠标。
   从
   https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
   选择“基于 Debian Jessie 的完整桌面映像”（即不是精简版）
   点击链接
   https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installingimages/README。 md
   它展示了如何使用 Mac、Linux 或
   Windows 机器安装安装在 MicroSD 卡上的 Raspbian。我们还在本节中复制了这些链接。
   4
   如果您想使用 Mac OS X 在 SD 卡上安装 Raspbian：
   https://www.raspberrypi.org/documentation/installation /installingimages/mac.md
   如果你想使用 Linux 在 SD 卡上安装 Raspbian：
   https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installingimages/linux.md
   如果您想使用 Windows 在 SD 卡上安装 Raspbian：
   https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installingimages/windows.md
   按照步骤操作后，您应该拥有 Raspbian Jessie 安装在 MicroSD 卡上。
   跳到第 3 部分。
3. 设置配置
   在本节中，您将 (1) 将 Raspberry Pi 的主机名更改为您
   组独有的名称，(2) 为 IllinoisNet 企业网络和您的家设置 WiFi 配置
   网络，如果你有，(3) 为设备设置一个简单的发现协议。
   如果你是从 2.1 节来到这里的，你可以直接跳到 3.1 节。
   如果你从第 2.2 节来到这里，您可以选择 3.1、3.2 或 3.3
   3.1 启动 Raspberry Pi 后设置初始配置
   如您所料，此方法需要将显示器、键盘和鼠标连接到
   Raspberry Pi。我们将启动系统并编辑其上的配置文件。如果这些
   设备未连接或您尚未启动 Pi，请按照第 2.1.1 节进行操作。
   3.1.1 更改主机名
   在以下部分中，我们将展示进行配置更改所需的命令。
   我们将使用 nano 编辑器。如果您对 nano 不满意，可以使用您喜欢的任何其他
   编辑器。注意Ctrl + o 在nano 中保存文件，Ctrl + x 退出nano。
   有些命令需要sudo。默认用户是pi，默认密码是raspberry
   在本节中，我们要设置你的树莓派的主机名为robotpiN。将 N 替换为
   您分配的组号（例如，组 4 的主机名将是 robotspi4）。要做到这一点，我们需要编辑两个文件：
   sudo nano /etc/hosts
   应该有一行（很可能是最后一行）127.0.1.1 raspberrypi
   Change raspberrypi 到robotpiN
   如果没有这样的行，或者127.0.1.1 之后的术语是别的东西，请检查您是否
   打开了正确的文件。使用 Ctrl + o 保存更改，Ctrl + x 退出 nano。
   5
   sudo nano /etc/hostname
   将术语 raspberrypi 更改为 robotspiN
   使用 Ctrl + o保存更改，Ctrl + x 退出 nano
   请注意，如果您进入本节是因为您被指示遵循第 3.1.1、
   3.1.2、3.1.3 和 3.1.4 节，当您在第 3.3 节（如果您已将
   MicroSD 卡安装在 linux 机器上而不是将其附加到 Raspberry Pi，则会发生这种情况），那么您应该编辑的文件
   是 ./etc/ hosts 和 ./etc/hostname （记住开头的
   点），前提是您正确地对 MicroSD 卡上的
   Raspbian 的文件系统执行了 cd（更改目录）。相同的规则（即应该有一个前导点）也适用于
   在第 3.1.2、3.1.3 和 3.1.4 节中编辑的文件。
   3.1.2 配置 WiFi
   执行sudo nano /e tc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
   到文件底部，添加如下一段。鉴于您使用的是 WPAPSK 方案（这几天是默认设置），此设置将适用于您的大多数
   家庭 WiFi 网络。您应该为名为 your_home_wifi_name 和
   your_home_wifi_passphrase 的字段设置适当的值。请注意“引号的存在，应该
   将这些值括起来。
   network={
   ssid=”your_home_wifi_name”
   psk=”your_home_wifi_passphrase”
   key_mgmt=WPAPSK
   }
   使用相同的机制，我们现在配置 IllinoisNet Enterprise 网络。企业
   网络需要身份（您的 NetId）和密码（您的 NetId 密码）。出于
   安全原因，我们将存储
   密码哈希值，而不是直接以明文形式输入密码。执行以下命令生成哈希。
   echo n ‘your_netid_password’ | iconv t utf16le | openssl md4
   注意明文密码周围的单引号。您必须在明文密码周围使用单
   引号。由于密码一般都含有
   特殊字符，如果使用双引号或不使用引号可能会不起作用。
   此命令的输出将类似于 (stdin)=6602f435f01b917388 9a8d3b9bdcfd0b
   您的输出将包含一些其他十六进制字符串而不是 6602...fd0b，具体取决于
   您的 NetId 密码。我们现在应该执行 history cw 以删除终端历史记录，因为我们
   在终端中以纯文本形式输入了密码，并且不应保留在历史记录中。
   一旦您获得密码哈希，请将以下块添加到wpa_supplicant.conf
   文件。将 6602f435f01b9173889a8d3b9bdcfd0b 替换为您生成的实际哈希值，
   6
   将 your_net_id 替换为您的 net_id。注意
   hash:6602…fd0b 周围没有引号（“）。确保关键字 hash:和 hash
   本身（即您从 NetId 密码生成的十六进制字符串）之间没有空格
   network={
   ssid=”IllinoisNet”
   key_mgmt=WPAEAP
   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″
   }
   使用 Ctrl + o 保存更改，Ctrl + x 退出 nano
   您也可以从 https://courses.engr.illinois.edu/cs424/mp/wpasupplicant.txt 复制文本
   3.1.3 配置 DHCP 客户端
   默认 Raspbian Jessie 制作网络接口手册。我们要配置
   接口以通过 DHCP 获取 IP 地址。本节我们编辑文件
   /etc/network/interfaces
   运行
   打开文件
   sudo nano /etc/network/interfaces
   在文件中找到“manual”字样文件，并通过“dhcp”更改它们。应该有三个这样的
   实例。最后，该文件应如下所示。我们强调了这些变化：

ifup(8) 和 ifdown(8) 使用的 interfaces(5) 文件

请注意，此文件是为与 dhcpcd 一起使用而编写的

对于静态IP，参考/etc/dhcpcd.conf 和'man dhcpcd.conf'

包含来自 /etc/network/interfaces.d 的文件：

sourcedirectory /etc/network/interfaces.d
auto lo
iface lo inet loopback
iface eth0 inet dhcp
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allowhotplug wlan0
iface wlan0 inet dhcp
wpaconf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
allowhotplug wlan1
iface wlan1 inet dhcp
wpaconf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
使用Ctrl+o保存您的更改，Ctrl + x 退出 nano
3.1.4 配置发现协议
我们想配置一个简单的发现协议，这样我们就可以很容易地找到
我们的树莓派的IP地址，一旦连接到IllinoisNet无线网络。我们想向服务器 apollo3.cs.illinois.edu 发送消息
协调协议，每当我们的树莓派上的网络
接口启动时。请注意，如果3.1.3节中提到的更改没有进行，则本节中配置的发现协议可能不起作用。
sudo touch /etc/network/ifup.d/robotpi
sudo chmod 755 /etc/network/ifup.d/robotpi
通过运行打开文件
sudo nano /etc/network/ifup.d/robotpi
添加以下几行

！ /bin/sh

curl 数据“hostname=/bin/hostname &data=/sbin/ifconfig ” \
http://apollo3.cs.illinois.edu/robotpi/controller.py/send_heartbeat
注意反引号 ( ` ) 和双引号 ( ” ) 符号。为方便起见，您可以
从 https://courses.engr.illinois.edu/cs424/mp/ifupdrobotpi.txt 复制文本
使用 Ctrl + o 保存更改，Ctrl + x 退出nano.
到此，我们就完成了初始配置。通过 sudo reboot now 重新启动 Pi，然后
跳转到第 4 部分以测试我们的配置。
3.2 通过有线网络设置初始配置
这个方法和3.1节几乎一样。在这种方法中，我们仍然需要启动Raspberry
Pi。查看第 2.1.1 节，了解如何启动 Raspberry Pi。而不是连接HDMI

显示器、键盘和鼠标，将以太网电缆连接到 Pi 的相应端口。
将以太网电缆的另一端连接到运行 DHCP 的无线路由器。如果您没有无线路由器，您也可以将它连接到台式机/笔记本电脑。
开机后，等待一两分钟让 Raspbian 完全启动。现在我们可以 ssh 进入
它。如果您将以太网电缆连接到无线路由器，则需要访问
路由器的 Web 控制台以查找 Pi 的 IP 地址。假设 IP 地址是 192.168.xxx.yyy。
您现在可以使用 ssh [email protected] xxx.yyy
ssh 到 Pi，它会要求输入密码。默认用户名是pi，默认密码是raspberry
根据你路由器的设置，可以跳过IP地址这一步，也许可以
直接通过名字raspberrypi.local找到Pi并连接使用
ssh [电子邮件保护]
如果您没有无线路由器，则您已将 Pi 直接连接到机器的
以太网端口。在这种情况下，您已经创建了一个专用有线网络。您的机器很可能
获得格式为 169.254.xxx.yyy 的自动配置 IP。您可以通过名称 raspberrypi.local 直接找到
树莓派。如果这不起作用，您需要找到树莓派的
自动配置IP。运行命令 sudo arpscan l
这可能会找到树莓派的 IP 地址。您的机器中可能没有安装 arpscan。在这种情况下，您首先需要安装它。对于 Linux，它可以从您的
包管理器中获得。对于 OS X，从自制软件安装它。对于 Windows，您需要找到一个 ARP
扫描软件。
一旦您能够通过 ssh 进入 Raspberry Pi，请按照第 3.1.1、3.1.2、3.1.3 节和
3.1.4 进行配置更改。完成后，跳转到第 4 部分以测试我们的配置。
3.3 在不启动 Raspberry Pi 的情况下设置初始配置
此方法不需要使用显示器、键盘和鼠标。您甚至不需要
启动树莓派来设置初始配置。相反，我们将直接在 MicroSD 卡上编辑配置
。由于 MicroSD 卡上的 Raspbian 使用 ext4 文件系统，
您需要在您的机器上运行 Linux。如果您的机器没有读卡器（台式机的常见场景），则需要使用USB读卡器。如果
你的机器上没有安装 Linux，你可以使用 Ubuntu Live CD/DVD 暂时在 Linux 上启动它，而无需实际安装 Linux。如果您的机器是笔记本电脑，它
可能没有 CD/DVD 驱动器，在这种情况下，您可以创建一个 Ubuntu Live USB 并使用它来
临时启动 Linux。
如果您是使用 Mac OS X，以下文章展示了如何在 Mac 上创建可启动 USB
http://business.tutsplus.com/tutorials/howtocreateabootableubuntuusbdriveformacinosx
cms21253。要在 Mac 上从 USB 启动，请将 USB 驱动器连接到它，重新启动
机器，在听到启动提示音后立即按住 Option 键。在启动管理器出现后松开
键，并为您提供从 USB 启动的选项。如果您正在使用

Windows 计算机，您可以使用 https://rufus.akeo.ie 中的软件创建可引导
USB。请注意，可能可以在 Windows 或 OS
X 操作系统上安装 ext4 文件系统的驱动程序，并在不使用 Linux 的情况下编辑 MicroSD 卡上的配置文件。
对于 OS X，此类驱动程序已据报道不稳定并导致其他副作用
包括破坏 MicroSD 卡的文件系统。因此，我们不走这条路。
在您的机器上运行 Linux 后，插入 MicroSD 卡（如果需要，通过 MicroSD 到
SD 适配器）。它可能会将其安装在 /media 或 /media/ubuntu 上。在
挂载位置内，会有两个目录。其中之一将被命名为“boot”。我们对“boot”目录不感兴趣。但是我们需要编辑其他目录中的一些文件。
该目录可以有不同的名称。名称可以是 (i) 一串与 MicroSD 卡相关的十六进制
字符和破折号，或者 (ii) 名称也可以是“root”。打开一个
终端，然后改变目录如下。只有其中一个可以工作
cd /media/ubuntu/ hexadecimal_string_related_to_the_memory_card/
(OR)
cd /media/hexadecimal_string_related_to_the_memory_card/
(OR)
cd /media/ ubuntu/root
(OR)
cd /media/root
此目录对应于安装在 MicroSD 卡上的 Raspbian 文件系统。
一旦我们进入正确的目录上面提到，我们需要更改以下
文件。请注意前导点 (.)，因为这些路径是相对于当前目录的。
⇒ 编辑 ./etc/hostname e（请参阅第 3.1.1 节）
⇒ 编辑 ./etc/hosts（请参阅第3.1.1)
⇒ 编辑 ./etc/wpa_sup plicant/wpa_supplicant.conf（参见第 3.1.2 节）
⇒ 编辑 ./etc/network/interfaces（参见第 3.1.3 节）
⇒ 创建一个文件 ./etc/network/ifup.d/robotpi 并设置适当的权限。 （见
3.1.4节）
这些文件对应于3.1.1、3.1.2、3.1.3、3.1.4节编辑的文件。按照那些
部分进行更改。请记住此处路径中的前导点 (.)。我们需要
编辑MicroSD卡上对应树莓派文件系统的文件。如果您忘记了
前导点，您将改为编辑主机 Linux 操作系统的文件，这可能会导致意外问题。完成后，退出终端，确保没有其他应用程序正在使用 MicroSD 卡，卸载并安全弹出 MicroSD 卡。跳到第 4 部分
来测试我们的配置。

4. 测试初始配置
   在本节中，我们测试我们的配置。如果您尚未将 MicroSD 卡连接到
   Raspberry Pi（如果您遵循第 2.2 和 3.3 节，则可能会发生这种情况），现在是时候这样做
   。查看第 2.1.1 节，了解如何将设备连接到 Raspberry Pi。在本节中，我们将测试
   是否可以通过仅连接 (1)
   MicroSD 卡、(2) CanaKit 5V USB 电源在无线设置中连接到 Raspberry Pi。
   等等几分钟让 Pi 完全启动。现在在您的计算机上打开浏览器并
   访问 http://apollo3.cs.illinois.edu/robotpi。它将出现一个如图 4.1 所示的仪表板页面。
   该仪表板在校园工作时很重要，因为通过
   IllinoisNet WiFi 分配的 IP 地址是动态的。

如果您已正确设置配置，则该表应包含一行，其中包含与您的 Raspberry Pi 相关的信息
。该行应具有您在第一列的 Section
3 中为其指定的唯一主机名。时间戳应该是最近的（因为您刚刚启动了机器）。
检查无线 IP。这是通过 WiFi 连接
时您的 Raspberry Pi 的当前 IP 地址。通过运行以下命令检查您是否可以通过 ssh 连接到它（用
仪表板上显示的实际 IP 地址替换 10.195.29.33）
ssh [电子邮件保护]
如果您没有更改密码，默认密码应该是 raspberry
如果到目前为止一切正常，任何时候您需要动态分配给您的树莓派的 IP 地址，您应该访问 http://apollo3.cs.illinois.edu /robotpi 找到它。
注意安全关闭树莓派的命令是 sudo shutdown now
立即重启的命令 sudo reboot now

来源：设置树莓派、相机和 iRobot 创建