Lan Tian @ Blog

树莓派 3B 折腾笔记

本文写于 490 天前, 随着软件更新、外部链接失效等原因,这些内容可能已经不再适用。 如果你发现这些问题,欢迎在评论区指出。

国庆放假期间我在某宝上买了一只树莓派 3B 和一堆传感器,准备搞一波事情。因为是国庆,所以各家店发货都有不同的延迟,导致我国庆长假后又过了好几天东西才到齐。

先上张完成体的图片:

插图

我分了五家店买了这些东西:

  1. 树莓派 3B(含外壳、风扇、散热片、电源套装)
  2. 闪迪 32G TF卡
  3. 树莓派传感器套装(支持树莓派的 3.3V 电平,总共 16 个)
  4. 5 寸 800x480 触摸屏
  5. DS3231 时钟模块和 GPIO 针脚标记板(后买)

树莓派本体

最先到的是树莓派 3B 本体,以及配套的外壳风扇散热片等等。然而我买的 TF 卡还没到……所以这只树莓派暂时什么都干不了。不过我还是可以把外壳风扇等等先组装起来。

然而我很快发现了问题:店家的外壳内支撑柱的位置不准,同一侧的两根柱子同时只能有一根插在树莓派电路板的孔里,另一根只能顶在电路板上,树莓派装不进去。

然后我就拿起剪刀把那两根柱子剪了。

插图

树莓派很顺利地放了进去。因为外壳大小刚好,所以没了柱子不影响树莓派的稳定性。

散热片居然是用双面胶粘在芯片上的,我不禁怀疑它们甚至会影响散热。或许之后我应该用硅脂把双面胶替换掉。

风扇要接在树莓派的 4、6 针脚上(分别是 5V 和接地),它也给我一种仅仅作为安慰剂存在的感觉。

上一下电,树莓派主板红灯亮起,风扇开始转动,说明启动成功。但因为 TF 卡还没到,树莓派什么都干不了,所以还得等等。

TF 卡

TF 卡在第二天到达。我只需要把树莓派的 Raspbian 系统 dd 进 TF 卡里就大功告成了。

首先去 https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ 下载 Raspbian。因为我打算自己装桌面,所以我下载了 Lite 版。

因为我自己用的是 Mac OS X,所以不需要装额外的软件。先是打开磁盘工具把 TF 卡卸载了,然后:

sudo dd bs=1m if=raspbian.img of=/dev/rdisk2 conv=sync

把卡从电脑上拔下来插进树莓派,上电,开机,一气呵成。

学校网络

但是……我是在学校里,所以我遇到了尴尬的情况:

  1. 学校的有线网络和无线网络 A 需要通过网页登录。
  2. 学校有 eduroam 无线网络,但是 eduroam 是 WPA2-EAP 企业级认证,需要输入用户名和密码。
  3. 我的显示屏还没到。
  4. 我有无线鼠标,但是没有无线键盘。

当务之急是先连进树莓派。那么用电脑把 Wi-Fi 共享到有线网端口就行了。不幸的是,Mac OS X 拒绝共享 WPA2-EAP 的无线网络,所以我只能先用一下 Windows。

进入控制面板-网络与共享中心-WiFi连接-属性,选上“允许其它用户通过此计算机的 Internet 连接来连接”,再选择你的有线网卡,类似下图:(图片来自网络)

插图

然后把树莓派用网线连到电脑上就可以了。那么怎么获知树莓派的 IP 呢?打开命令提示符,输入 arp -a,然后去找 IP 为 192.168.137.xxx 的设备,它就是树莓派,用 PuTTY 等工具连上去吧。默认用户名 pi,密码 raspberry。

连接 eduroam

又一个问题出现了:我的树莓派必须能不依赖电脑自己上网,否则我买它没什么意义,还不如直接买只 Arduino 接在 24 小时运行的电脑上。于是我 Google 了一通 wpa_supplicant 连接 WPA2-EAP 网络的配置,但是全都连不上。

我突然想到,我的手机是 Android 系统,Android 也是 Linux,连 Wi-Fi 同样是用 wpa_supplicant,把它的配置文件抄出来不就行了?于是我把手机的 /data/misc/wifi/wpa_supplicant.conf 里对应的段落抄进树莓派的 /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf,成功连上了 eduroam。

配置文件如下:

network={
    ssid="eduroam"
    key_mgmt=WPA-EAP IEEE8021X
    eap=PEAP
    identity="用户名"
    password="密码"
    phase2=""
}

端口映射

如同大多数公共 Wi-Fi 一样,学校的无线网络禁止无线设备之间访问。所以我需要一个工具来帮我映射一下 SSH 端口,保证最基本的访问。

花生壳?看起来还可以,1M 的免费带宽给 SSH 也够了,但是即使是免费套餐也要付 6 块钱开通。

于是我找了两家国内的免费 ngrok 服务提供商,把 22 端口映射了出去。类似的服务商都有详细的步骤说明,且各家操作方法有一定区别,不再赘述。它们保证了基础访问,但是还是不太稳定。

最后我还是在自己的腾讯云主机上装了 frp 来进行端口映射。直接参照官方文档 操作即可。我还顺手在上面装了一个本博客之前经常提到的 ZeroTier One。

传感器

传感器终于到了。我先拿了一只 DHT11 温湿度传感器出来准备连上去。DHT11 总共有三个针脚,分别是 Vcc(3.3V 供电)、GND(地线)和 DATA(信号)。

和 Arduino 不同,树莓派的电源和数据针脚全部混在了一起,并且没有标示各个针脚用途。不过,树莓派里有软件可以查询。

首先 apt-get install wiringpi,再 gpio readall,你就能看到这样的输出:

 +-----+-----+---------+------+---+---Pi 3---+---+------+---------+-----+-----+
 | BCM | wPi |   Name  | Mode | V | Physical | V | Mode | Name    | wPi | BCM |
 +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
 |     |     |    3.3v |      |   |  1 || 2  |   |      | 5v      |     |     |
 |   2 |   8 |   SDA.1 | ALT0 | 1 |  3 || 4  |   |      | 5v      |     |     |
 |   3 |   9 |   SCL.1 | ALT0 | 1 |  5 || 6  |   |      | 0v      |     |     |
 |   4 |   7 | GPIO. 7 |   IN | 1 |  7 || 8  | 1 | ALT5 | TxD     | 15  | 14  |
 |     |     |      0v |      |   |  9 || 10 | 1 | ALT5 | RxD     | 16  | 15  |
 |  17 |   0 | GPIO. 0 |   IN | 0 | 11 || 12 | 0 | IN   | GPIO. 1 | 1   | 18  |
 |  27 |   2 | GPIO. 2 |   IN | 0 | 13 || 14 |   |      | 0v      |     |     |
 |  22 |   3 | GPIO. 3 |   IN | 0 | 15 || 16 | 0 | IN   | GPIO. 4 | 4   | 23  |
 |     |     |    3.3v |      |   | 17 || 18 | 0 | IN   | GPIO. 5 | 5   | 24  |
 |  10 |  12 |    MOSI | ALT0 | 0 | 19 || 20 |   |      | 0v      |     |     |
 |   9 |  13 |    MISO | ALT0 | 0 | 21 || 22 | 0 | IN   | GPIO. 6 | 6   | 25  |
 |  11 |  14 |    SCLK | ALT0 | 0 | 23 || 24 | 1 | OUT  | CE0     | 10  | 8   |
 |     |     |      0v |      |   | 25 || 26 | 1 | OUT  | CE1     | 11  | 7   |
 |   0 |  30 |   SDA.0 |   IN | 1 | 27 || 28 | 1 | IN   | SCL.0   | 31  | 1   |
 |   5 |  21 | GPIO.21 |   IN | 1 | 29 || 30 |   |      | 0v      |     |     |
 |   6 |  22 | GPIO.22 |   IN | 1 | 31 || 32 | 0 | IN   | GPIO.26 | 26  | 12  |
 |  13 |  23 | GPIO.23 |   IN | 0 | 33 || 34 |   |      | 0v      |     |     |
 |  19 |  24 | GPIO.24 |   IN | 0 | 35 || 36 | 0 | IN   | GPIO.27 | 27  | 16  |
 |  26 |  25 | GPIO.25 |   IN | 0 | 37 || 38 | 0 | IN   | GPIO.28 | 28  | 20  |
 |     |     |      0v |      |   | 39 || 40 | 0 | IN   | GPIO.29 | 29  | 21  |
 +-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
 | BCM | wPi |   Name  | Mode | V | Physical | V | Mode | Name    | wPi | BCM |
 +-----+-----+---------+------+---+---Pi 3---+---+------+---------+-----+-----+

这就是各个针脚的意义,它们的状态,以及通过不同方式调用时的编号。你也可以买一块 GPIO 针脚标记板,它可以套在树莓派的 GPIO 上,标示出各个针脚的用途。

总之,把 Vcc 接到 1 号脚,GND 接到 9 号脚,DATA 接到 GPIO.7,传感器和树莓派就连通了。

下一步是读取数据。由于 DHT11 输出数据时以微秒为单位变化输出,并且规律有些复杂,我先用了现成的代码,例如 https://github.com/szazo/DHT11_Python 这个。git clone 下来后,编辑 dht11_example.py,改掉针脚编号,就能看到这样的输出:

Last valid input: 2017-10-13 18:37:13.232685
Temperature: 22 C
Humidity: 63 %

搞定。

触摸屏

触摸屏是最晚发货的一个,也是最晚到的。这块屏上有一个两排共 26 个针脚口(母座),可以直接插到树莓派上提供触摸信号,然后通过一个 HDMI 转接头连接树莓派和屏幕的 HDMI 接口就可以显示图像。

不过,要使用这块屏幕还是要费一些功夫的,例如这块屏幕支持且仅支持 800x480 分辨率,因此必须在 /boot/config.txt 里修改分辨率:

disable_overscan=1
framebuffer_width=800
framebuffer_height=480
hdmi_force_hotplug=1
hdmi_group=2
hdmi_mode=87
hdmi_cvt=800 480 60 6 0 0 0

并在 /etc/lightdm/lightdm.conf 里加上这句话,强制 800x480 分辨率:

display-setup-script=xrandr --output default --mode 800x480

另外这块屏幕设置触摸也要在 config.txt 里加几句话,但是店家产品详情里给的代码是!错!的!我启用触摸失败后 Google 了好久,直到我在树莓派官方论坛上看到了一个同样被坑的外国人的帖子。触摸芯片的型号是 ADS7846,而店家给成了 ADS7856,驱动加载失败,自然无法触摸。

总之,加上这两句话:

dtoverlay=ads7846,penirq=22,speed=100000,xohms=150
dtparam=spi=on

然后装个触摸驱动,并启动 LightDM:

sudo apt-get install xserver-xorg-input-evdev
sudo service lightdm start

触摸屏就可以用了。最后,配置一下长按作右键处理,就像手机上一样:

Section "InputClass"
    Identifier  "calibration"
    MatchProduct    "ADS7846 Touchscreen"
    Option  "Calibration"   "254 3911 153 3962"
    Option  "SwapAxes"  "0"

    Option "EmulateThirdButton" "1"
    Option "EmulateThirdButtonTimeout" "700"
    Option "EmulateThirdButtonMoveThreshold" "100"
EndSection

不过这块屏幕还是有一些不足的地方:

  1. 有时候会拖影。这个算小问题,毕竟屏幕还算便宜。
  2. 耗电巨大,树莓派上只连接了屏幕时,右上角还会时不时出现黄色闪电图标(代表电压不足),如果插上移动硬盘,闪电图标就常亮了。我可能需要一块额外的电源板来给它供电,但我某宝上暂时没找到合适的。
  3. 把 GPIO 的所有供电针脚全占了,而且在一大堆针脚空置的前提下整整占了 26 脚,导致我无法在无外部电源并且不焊接的情况下接传感器。

我又没法在寝室里焊接,对吧?emmmmm……(C)

于是我把它拔了然后暂时放了起来。等到需要用到的时候再装上用吧。

连接有线网

接下来我要把我的移动硬盘接上去,做一个简易 NAS。由于 NAS 流量较大,因此不能通过外网服务转发,必须直连。由于 Wi-Fi 下各设备有隔离,因此我只能把树莓派接到有线网上。

但是学校网络有登录页面,直接插上网线不登陆是连不上网的。并且即使 Wi-Fi 还连着,一旦插上网线,所有流量都会从有线网络走,端口映射等等也就断了。emmmmm……

我用自己的电脑登录学校网络,然后用浏览器的开发者工具监测网络,记录下登陆请求提交时 POST 的内容和地址。然后在树莓派上建立一个脚本,如果 ping 不通外网,就用 curl 模拟提交一次。然后 crontab 设置每分钟执行。

脚本内容如下:

#!/bin/bash
ping -c 1 -W 1 114.114.114.114 >/dev/null 2>/dev/null
if [ $? -eq 1 ]
then
    curl http://登陆页面 --connect-timeout 1 -F "key1=value1" -F "key2=value2"
fi

插上网线一分钟后,腾讯云主机的 frp 显示客户端连了上来。登进树莓派关掉无线网络(就是注释掉 wpa_supplicant.conf)里的那几条,搞定。

做 NAS

树莓派的有线网卡是 100M 而非 1G 的,而且它的 USB 都是 2.0 的,这也使得它不怎么适合做正经的 NAS。不过做一个玩玩级别的还是一点问题都没有的。

拔了屏幕后,我就有足够的电力去接移动硬盘了。插上移动硬盘,

mkfs.ext4 -E lazy_itable_init=0,lazy_journal_init=0 /dev/sda1
mount /dev/sda1 /mnt

分区挂载完成。然后是安装 Netatalk 做 AFP 文件共享和 Time Machine 备份盘。Raspbian 软件源自带的 netatalk 太老了,不能用。

你可以下载现成的 deb 或是自行编译。如果你要现成的,从 https://monal.im/netatalk/ 下载 netatalk 和 libatalk16 的 deb 文件并 dpkg -i *.deb 安装。

如果你要自己编译,参考 https://samuelhewitt.com/blog/2015-09-12-debian-linux-server-mac-os-time-machine-backups-how-to 这篇文章操作:

sudo apt-get install build-essential devscripts debhelper cdbs autotools-dev dh-buildinfo libdb-dev libwrap0-dev libpam0g-dev libcups2-dev libkrb5-dev libltdl3-dev libgcrypt11-dev libcrack2-dev libavahi-client-dev libldap2-dev libacl1-dev libevent-dev d-shlibs dh-systemd
git clone https://github.com/adiknoth/netatalk-debian
cd netatalk-debian
debuild -b -uc -us
cd ..

然后同样安装 netatalk 和 libatalk16 两个 deb。

安装完 Netatalk 后,再安装:

sudo apt-get install avahi-daemon libc6-dev libnss-mdns

修改 /etc/netatalk/afp.conf

[Global]
vol preset = default_for_all
log file = /var/log/netatalk.log
uam list = uams_dhx2.so,uams_clrtxt.so
save password = no

[default_for_all]
file perm = 0664
directory perm = 0775
cnid scheme = dbd
valid users = 用户名

[Homes]
basedir regex = /home

[TimeMachine]
time machine = yes
spotlight = no
path = /mnt/timemachine

然后在 Mac 的终端下运行:

defaults write com.apple.systempreferences TMShowUnsupportedNetworkVolumes 1

并在 Time Machine 里选择树莓派即可。如果你在 Time Machine 里找不到树莓派,那么在 Mac 下:

sudo tmutil setdestination "afp://用户名:密码@树莓派/Time Machine"

完工。不过,我睡前(12 点左右)开始备份,第二天早上 7:30 查看状态,还剩 13 小时……应该是学校网络限速的锅。

DS3231 时钟模块和 GPIO 针脚标记板

你的电脑关机再开机仍然保持准时,是因为主板上有一个时钟模块,在断电的情况下也在默默地走时。但是树莓派上没有,它每次开机都要网络对时。如果没有网络,时间就错乱了。

我买的那堆传感器里包括了一个 DS1307 时钟模块,但是没焊排针。我在学校里也没有电烙铁用,所以干脆再买一块 DS3231(8 块钱),顺便买了块 GPIO 针脚标记板(7 块钱,上面提到过)和一些杜邦线(5 块钱),解决针脚太多、担心数错的问题。

DS3231 安装极其简单,往 1、3、5、7、9 针脚上一插就行,不过 DHT11 就得换个位置:

插图

进入树莓派系统后,首先删掉 fake-hwclock:

sudo apt-get purge fake-hwclock

然后继续改 /boot/config.txt

dtoverlay=i2c-rtc,ds3231

注意如果你原来已经有了 dtoverlay,那么就要把这里的 dtoverlay 内容加到原有的 dtoverlay 里面去。例如我触摸屏+时钟模块的配置是:

dtoverlay=i2c-rtc,ds3231,ads7846,penirq=22,speed=100000,xohms=150 dtparam=spi=on

重启,sudo hwclock -r 可以读取时钟模块中的时间,这个时间肯定是错误的,因为没有和外界对过时。执行 sudo hwclock -w 写入时间后,再次读取,时间就正确了。之后即使树莓派在断网的情况下重启,也能保持走时准确。

总结

目前为止,我在树莓派上就折腾了这些。接下来我应该会往上面接更多的传感器,然后搞一个状态页面或者通知系统来监控它们。

不过,树莓派终究只能玩玩,不适合运行正式的应用。

版权所有 2019 Lan Tian @ Blog

本文链接 https://lantian.pub/article/modify-computer/raspberry-pi-3b-notes.lantian

CC BY-NC-SA 4.0 协议授权,转载请署名,禁止商业用途,请勿曲解原义

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文章千万字,署名第一字。转载不规范,作者两行泪。

 

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  1. 王忘杰

    王忘杰


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    2017-10-14 11:00:04 沙发 回复 2017-10-14 11:00

    正打算买个玩玩 ,等你玩够了接盘

  2. Laphets

    Laphets


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    2017-10-20 11:35:05 板凳 回复 2017-10-20 11:35

    Eduroam分配的是动态ip吧...

    1. Lan Tian

      Lan Tian


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      2017-10-20 18:23:07 回复 2017-10-20 18:23

      是动态IP,所以我后面用ngrok一类工具做了端口映射

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