Lessenserie – Raspberry Pi verkenning

By 15 March 2020 April 19th, 2020 lessenseries

De Raspberry Pi is bij Junior IOT erg populair. Deze lessenserie helpt je bij je kennismaking met de Raspberry Pi. We kijken naar ‘software dingen’ en ‘server dingen’ waarvoor wij dit apparaat graag inzetten. Voor andere toepassingen gebruiken we vaak andere apparaten.

Voor leerkrachten adviseren we als extra ondersteuning het boek ‘Raspberry Pi en het Internet of Things’ van Krijn Hoogendorp, ISBN 978-90-5752-394-6. De hoofdstukken over GPIO projecten en programmeren slaan we in deze lessenserie echter over – daarvoor gebruiken we immers een aanpak met de Arduino.

Sectie 1 – Unboxing en aansluiten

Wanneer kiezen we bij Junior IOT voor de Raspberry Pi

De Raspberry Pi is een heerlijk apparaat om mee te werken. In het voorjaar van 2018 hebben de juniors bijvoorbeeld al een draadloze train-cam gemaakt. Onze groep heeft voor onze werkplaats ook de wireless security cam met motion eye gemaakt. En onze netwerk share is met een Raspberry Pi gebouwd.

Er zijn natuurlijk meerdere soorten hardware die je kunt kiezen als je een project gaat bouwen. Welke hardware past bij welk project? Wij komen in onze projecten bij Junior IOT vaak tot deze keuze:

  • Eerste lessen in programmeren met leds en hardware –> Arduino Nano
  • Eerste lessen in programmeren met animaties en scheet geluiden –> Scratch (is niet echt ons ding)
  • Lora IOT sensors en communcatie –> Arduino Lora32u4
  • Afstand bestuurbare hardware, leds, effecten –> ESP8266 of ESP32
  • Battlebot Challenge, Lasergame Challenge –> ESP8266 of ESP32
  • Robotica en robotarmen –> Arduino Nano
  • Server hardware, shares, camera streaming –> Raspberry Pi

De Raspberry Pi kan héél veel, geeft veel rekenkracht, en vooral de beschikbaarheid van de vele distributies en software op Linux maakt het een aantrekkelijke keuze voor complexere projecten.

De verschillende uitvoeringsvormen Raspberry Pi

We zien meerdere vormen. Het is goed om de voor- en nadelen van elk van deze tegen elkaar af te wegen. Zie ook https://www.raspberrypi.org/documentation/faqs/ en https://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi

  • Raspberry Pi 1 B (2012) – power via micro usb, ethernet
  • Raspberry Pi 1 A (2014) – power via micro usb (geen wifi, geen ethernet, geen bluetooth)
  • Raspberry Pi 2 (2015) – power via micro usb, ethernet
  • Raspberry Pi Zero (2015) – $5, mini formfactor, power via micro usb, ethernet
  • Raspberry Pi Zero W (2017) – mini formfactor, power via micro usb, ethernet, wifi, bluetooth
  • Raspberry Pi 3B+ (2018) – power via micro usb, ethernet, wifi, bluetooth, USB boot, network boot
  • Raspberry Pi 4B (2019) – power via USB-C, gigabit ethernet, wifi, bluetooth, dual hdmi 4k

Voor je gewone projecten adviseren we nu de Raspberry Pi 3B+. Versie 2 is bijna niet meer te koop. De Zero is ontzettend gaaf voor kleine projecten. De versie 4, met alle extra features en mogelijkheden stelt hogere eisen aan de randapparatuur en de voeding en is daarmee lastiger. Lees meer op: https://www.seeedstudio.com/blog/2019/09/30/raspberry-pi-4-vs-pi-3-all-the-major-differences/

Lees de specificaties van de Raspberry Pi 3B+ even door: https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/

Hoe werken we in het ICT Lab

In het ICT Lab willen we elkaar helpen en wordt ons gevraagd om netjes samen te werken. Samenwerken geeft natuurlijk wat geluid, maar zorg dat je elkaar daar niet mee lastig valt.

Omdat we best veel willen doen is het belangrijk om als groep de uitlegstem van de leerkracht te volgen. Als groep ben je dan stil. Mocht je het niet goed horen dan kan je na de uitleg met elkaar overleggen.

Het is de bedoeling dat je elkaar helpt. Als je samenwerkt in een oefening, dan zorg je dat je ook een deel van de oefening uitvoert. Voor je examen moet je alles ook zelf kunnen doen.

Wat heb je nodig

We nemen de Raspberry Pi 3B+ als voorbeeld voor onze verkenning. Elke andere vorm kan ook zolang je rekening houdt met de verschillen.

Wat hebben we nodig

  • Raspberry Pi 3B+
  • Micro SD kaart van 8GB of meer
  • micro usb kabel
  • usb toetsenbord, muis
  • hdmi kabel, monitor
  • –> internet aansluiting, bij voorkeur bekabeld
  • Power via USB voeding (1A of meer) of via een laptop of PC aansluiting
  • laptop of pc met internet en met aansluiting voor micro SD kaart om images te flashen
  • Raspberry Pi camera of USB camera
  • optiomeel: USB harddisk of USB stick

Unboxing – de Raspberry Pi 3B+

De Raspberry Pi wordt geleverd in een klein doosje. Kijk eens naar het apparaatje.

  • Valt het je op dat er helemaal geen kastje omheen zit? Dit betekent dat we voorzichtig moeten zijn waar we het neerleggen als we er mee werken.
  • Het apparaat is ook gevoelig voor statische elektriciteit –> wat is dat?
  • Bedenk eens wat we nodig hebben om het aan te zetten.

Denk eraan dat je moet oppassen met statische elektriciteit. Raak af en toe het metalen deel van je tafel aan om statische elektriciteit kwijt te raken als je met open printplaten werkt.

We kijken nu eerst even naar de details, wat zit er allemaal op het bordje? Wijs de volgende onderdelen aan:

  • Power in  (dat staat er in kleine letters bij)
  • Toetsenbord aansluiting
  • HDMI –> waar is dat voor
  • Netwerk
  • GPIO –> waar is dat voor
  • Micro SD
  • Bluetooth en wifi
  • CPU
  • PoE pins –> wat is dat
  • Camera flatcable aansluiting
  • Display cable aansluiting

Zoek eens via google naar de beschrijving van de GPIO

Software ophalen

Onze mini computer heeft nu nog een operating system en software nodig. Deze moeten we dan eerst op de micro SD kaart zetten. We volgen voor een deel de tips van https://projects.raspberrypi.org/en/projects/raspberry-pi-getting-started

Op een PC gebruiken we SD kaart flasher software. We proberen twee keuzes, als je met meerdere mensen werkt, dan gaat de eerste helft met de eerste keuze aan de slag, en de rest met de tweede keuze.

Gebruik de Raspbian Distributie

Maak je SD kaart klaar met deze distributie.

Bespreek de verschillen tussen deze twee SD flashing software.

Aansluiten en opstarten

Sluit nu je muis, toetsenbord, scherm aan. Doe de SD kaart in de Raspberry Pi. Controleer dat er niets van metaal tegen de printplaat van de Raspberry Pi ligt. Pas als alles op zijn plek zit ga je verder… Je Raspberry heeft stroom nodig, en daarvoor gebruiken we de micro usb kabel. Sluit deze nu aan.

Je Raspberry Pi zal nu opstarten en een beginscherm laten zien.

Werkt het niet?

De echte ICT kennis ontwikkel je als dingen niet werken. Help elkaar om te ontdekken wat er mis is.

Raspbian instellen – eenvoudig wachtwoord

Zodra je bent opgestart kan je de settings invullen en zal je ook de wifi instellen. Per distributie kan dat verschillend zijn. Omdat we de SD kaarten ook in andere klassen gebruiken gebruiken we een eenvoudig wachtwoord: kies hiervoor de naam van je school, aangevuld met 321. Onthou dat je dan geen persoonlijke gegevens moet opslaan.

Controle – een reboot

Mooi dat het werkt. Om zeker te zijn dat alles klopt start je de Raspberry Pi opnieuw op.

Rondkijken in het OS

Verken eens wat je op je scherm ziet. Gebruik daarvoor https://projects.raspberrypi.org/en/projects/raspberry-pi-getting-started/5

Internet browsen op de Raspberry

Open via het scherm van de Raspberry Pi de browser en zoek eens naar de specificaties van de Raspberry Pi 3B+

En maak nog eens de verdere opdrachten af die volgen op https://projects.raspberrypi.org/en/projects/raspberry-pi-getting-started/5

Raspberry Pi Camera

Als er nog tijd over is dan kan je aan de slag met de camera. Niet iedereen heeft een Raspberry Pi camera, dus soms moet je samenwerken. Volg deze instructie: https://projects.raspberrypi.org/en/projects/getting-started-with-picamera

Sectie 2 – netwerk en camera

De Raspberry Pi’s zijn nu ingeregeld, en gebruiken allemaal hetzelfde netwerk. Mocht je aan het begin van deze les niet zeker zijn dat je SD kaart in orde is, begin dan weer met een schone image.

Ter inspiratie kijk je naar hoofdstuk 11 in het boek.

Staan alle Raspberries aan in het netwerk?

In ons netwerk krijgt elk apparaat een IP nummer. Wat is jouw ip nummer? Kan je eens kijken of alle Raspberry Pi’s aan staan?

Gebruik hiervoor bijvoorbeeld https://learn.pimoroni.com/tutorial/raspberry-pi/finding-your-raspberry-pi

Vanaf een andere Raspberry Pi – SSH

Om je Raspberry op afstand te bedienen kan je SSH instellen –> https://www.raspberrypi.org/documentation/remote-access/ssh/

Je hem nu ook vanaf een andere Raspberry bedienen…

Vanaf een andere Raspberry Pi – VNC

Je kunt ook het grafische scherm bedienen- daarvoor moet je een aantal dingen installeren.

–> https://www.raspberrypi.org/documentation/remote-access/vnc/

Raspberry Pi als netwerk camera

Maak van jouw Raspberry Pi een beveiligingscamera. Daarbij komen meestal de volgende vragen:

  • De opdrachtgever wil van afstand mee kunnen kijken met wat er in zijn winkel gebeurt
  • Achteraf wil de opdrachtgever ook kunnen terugkijken, maar alleen stukken waar wat verandert in het beeld

Zoek zelf op het internet naar een instructie om Motion Eye te gebruiken. Dit is een pittige uitleg: https://github.com/ccrisan/motioneye/wiki/Install-On-Raspbian

Omdat je nu jouw ip nummer weet kan ie ook iemand met jouw camera mee laten kijken. Zoek samen uit hoe dat werkt.

Zoek ook eens naar de Motion Eye OS, wat is het verschil met wat jij hebt gedaan?

Sectie 3 – Storage server en VPN

Tot nu toe heb je de Raspberry Pi gebruikt als een werkstation, ongeveer zoals je een PC gebruikt. Je hebt er oom een netwerk apparaat van gemaakt om video te streamen. Maar nu willen we enkele server functies proberen.

Fileserver en media server

Om een fileserver te bouwen kan je de software op Raspbian installeren. Maar het is veel handiger om een ready-made OS te installeren.

Open WRT gateway server

Zoek eens welke mogelijkheden in de Open WRT distributie zitten. Is deze geschikt voor deze versie Raspberry Pi?