Lab01

Raspberry PI

Até agora em nosso curso, trabalhamos com pequenos projetos envolvendo sensores e atuadores, utilizando o Arduino UNO como nossa principal plataforma de hardware. Também exploramos integrações com Python e Node-Red.

Neste módulo, iniciaremos nossa imersão em computação embarcada voltada para a Internet das Coisas (IoT) utilizando o Raspberry PI. Abordaremos tópicos como: introdução à Raspberry Pi, Sistema Operacional Linux, inicialização da placa Raspberry PI, configuração e uso dos GPIOs, integração com Arduino, Node-Red e muito mais.

Conteúdo deste Laboratório

• Introdução à Raspberry PI e comparação com o Arduino.
• Primeiros passos com a Raspberry Pi:
  • Conhecendo o hardware.
  • Instalando o Sistema Operacional na Raspberry PI.
  • Modos de uso: GUI vs. Headless.
    • Configuração para acesso via SSH e Wi-Fi no modo Headless.
    • Uso do VNC Viewer.
    • Modo Desktop (GUI).
  • Controlando os GPIOs: Exemplo com LED.
    • Controle via linha de comando.
    • Uso de Shell Script.
    • E mais...

Raspberry PI vs. Arduino

Lembrando do Arduino UNO que utilizamos, ele é baseado em um microcontrolador de 8-bit (datasheet). Sua arquitetura RISC é adequada para sistemas embarcados simples, mas não suporta um sistema operacional completo, o que pode limitar a implementação de sistemas mais avançados.

Para executar um sistema operacional completo, precisamos de um processador, como os modelos Intel 386, i5, i7, Celeron, entre outros (datasheet do Intel i7). Em aplicações de computação embarcada, muitas vezes optamos por uma alternativa mais compacta e econômica ao computador tradicional, como os SBCs (Single Board Computers).

Os SBCs são computadores completos em uma única placa, combinando processador, memória, suporte de rede, vídeo, áudio e outros recursos. São compactos e geralmente mais acessíveis que um computador convencional.

A Raspberry PI é um dos SBCs mais populares e versáteis disponíveis. Foi lançada em 2012 pela Raspberry Pi Foundation e utiliza processadores ARM da Broadcom, similares aos encontrados em smartphones. Desde seu lançamento, diversos modelos foram introduzidos, como a Raspberry PI 3, 4, Zero, entre outros.

Documentação oficial da Raspberry PI

Outros modelos de SBCs

Com essa introdução, vamos aprender a utilizar a Raspberry PI.

Desafio 1

Responda as perguntas abaixo:

Question

Pergunta 1: Qual dos dois, Raspberry PI ou Arduino, é mais adequado para rodar um sistema operacional completo?

• Raspberry PI
• Arduino
• Ambos

Answer

O Raspberry PI possui capacidade de rodar um SO completo.

Question

Pergunta 2: O Arduino UNO é baseado em qual tipo de componente central?

• Microcontrolador
• Processador
• Disco rígido
• Placa de vídeo

Answer

O arduino UNO é baseado em um microcontrolador.

Question

Pergunta 3: Qual é a principal vantagem dos computadores de placa única (SBC) como o Raspberry PI em relação aos computadores convencionais?

• Eles têm mais poder de processamento.
• Eles podem executar múltiplos sistemas operacionais simultaneamente.
• Eles são mais caros e robustos.
• Eles são de baixo custo e possuem pequenas dimensões.

Answer

Eles são de baixo custo e possuem pequenas dimensões.

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Raspberry PI - Primeiros Passos

Visão Geral

Há vários modelos de Raspberry PI disponíveis. Em nosso curso, focaremos na Raspberry PI 3 Model B+.

Complemento: - Fonte de Alimentação: 5V @ >2A - Cartão SD: micro SD Card >8GB Classe 10 ou superior

Sistema Operacional

Existem várias distribuições de sistemas operacionais compatíveis com a Raspberry PI, incluindo:

• Raspbian - Uso geral.
• Ubuntu - Uso geral.
• RetroPie - Emulador de videogame.
• OSMC - Media Center.
• Home Assistant - Automação residencial.
• E muitos outros...

Chega de teoria! Vamos à prática. Siga este guia atentamente e execute todos os passos.

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Instalando o Sistema Operacional

O sistema operacional da Raspberry PI é armazenado em um micro SD Card. Recomenda-se usar um cartão de pelo menos 8GB Classe 10 ou superior. Existem várias maneiras de instalar o sistema operacional, e aqui, vamos guiá-lo passo a passo.

As versões do sistema operacional podem ser encontradas aqui. Em nosso curso, utilizaremos o Raspberry Pi OS (legacy), baseado no Debian 10 (Buster).

Info

Para facilitar, aqui está o link para download.

Para gravar o cartão SD, recomendamos o uso do Balena Etcher, disponível para várias plataformas.

Link para download do Balena Etcher

Siga os passos abaixo para preparar seu cartão SD:

1. Insira o cartão SD no adaptador USB e conecte-o ao seu computador.
2. Baixe o Raspberry Pi OS.
3. Baixe e instale o Balena Etcher.
4. Abra o Balena Etcher e siga os passos para gravar o cartão SD.
5. Após a gravação, reconecte o adaptador USB ao computador.
6. Você deve ver duas partições, uma delas chamada "boot". Se não, formate o cartão SD em FAT32 e repita o processo.

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Modo de Uso - Interface Gráfica

Nota: Esta seção é apenas para conhecimento adicional, pois não usaremos a Raspberry PI desta maneira em nosso curso.

Para usar a Raspberry PI como um computador convencional, conecte um monitor via HDMI, um teclado e um mouse. Insira o cartão SD gravado e conecte a fonte de alimentação. O sistema operacional será inicializado e estará pronto para uso.

Modo de Uso - Headless

Nesta seção, aprenderemos a usar a Raspberry PI no modo Headless, sem a necessidade de monitor, teclado ou mouse. Algumas configurações são necessárias antes de iniciar a Raspberry PI neste modo.

Habilitando SSH

Para ativar o acesso SSH, crie um arquivo vazio chamado "ssh" na pasta "boot" do cartão SD.

Siga os passos abaixo:

1. Conecte o cartão SD ao adaptador USB e insira-o no computador.
2. Acesse a partição chamada "boot".
3. Crie um arquivo chamado "ssh" (sem extensão) na raiz da partição.

O resultado deve ser semelhante ao mostrado na imagem:

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Configurando a Rede Wi-Fi

A configuração da rede Wi-Fi é feita através do arquivo "wpa_supplicant.conf", que deve ser criado na pasta "boot" do cartão SD.

Siga as instruções abaixo para configurar sua rede Wi-Fi:

1. Crie um arquivo chamado "wpa_supplicant.conf" na raiz da partição "boot".
2. Abra o arquivo com um editor de texto e configure-o de acordo com o exemplo fornecido.

Nota: Certifique-se de estar conectado à mesma rede Wi-Fi que a Raspberry PI.

Agora, com tudo configurado, é hora de ligar a Raspberry PI e testá-la.

Desafio 2

Responda as perguntas abaixo:

Question

Pergunta 4: Qual é a principal função do arquivo wpa_supplicant.conf na pasta boot do Raspberry PI?

• Habilitar o SSH.
• Configurar a rede Wi-Fi.
• Iniciar o sistema operacional.
• Configurar a saída de vídeo.

Answer

Configurar a rede Wi-Fi.

Question

Pergunta 5: Ao configurar o Raspberry PI no modo Headless, o que é necessário fazer para habilitar o acesso SSH?

• Criar um arquivo chamado ssh na pasta home.
• Criar um arquivo chamado ssh na pasta boot.
• Instalar um software adicional.
• Configurar o firewall para permitir o acesso SSH.

Answer

Criar um arquivo chamado ssh na pasta boot.

Question

Pergunta 6: Qual software é recomendado para acessar o Raspberry PI via SSH a partir de um computador?

• WinRAR
• Balena Etcher
• PuTTY
• Microsoft Word

Answer

PuTTY

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Primeiro Teste com a Raspberry PI

Para nosso primeiro teste, montaremos um circuito simples para acender um LED. Siga o esquema abaixo:

No terminal da Raspberry PI, execute os comandos a seguir para controlar o LED:

# Configura o pino GPIO 17 como saída (output)
echo "17" > /sys/class/gpio/export
echo "out" > /sys/class/gpio/gpio17/direction

# Acende o LED (nível lógico alto)
echo "1" > /sys/class/gpio/gpio17/value

# Apaga o LED (nível lógico baixo)
echo "0" > /sys/class/gpio/gpio17/value

# Libera o pino GPIO 17
echo "17" > /sys/class/gpio/unexport

Se tudo funcionou corretamente, você deve ter visto o LED acender e apagar.

Desafio 3 (opcional)

Agora é sua vez! A Raspberry PI permite controlar seus pinos GPIO usando várias linguagens de programação. Escolha sua linguagem preferida e escreva um código para fazer o LED piscar a cada segundo. Aqui está um exemplo para ajudá-lo. Acesse Aqui