树莓派4与人工智能实战项目

\"本书主要介绍树莓派不同类型的特性，以及树莓派入门所需要的基础知识；涵盖了树莓派GPIO 的不同操作方法，以及树莓派的I2C总线、SPI总线、UART串口、PWM脉宽调制等偏硬件操作的内容； 同时也为读者准备了一些树莓派上常见的服务类型的搭建和配置，包括树莓派推流服务器搭建的方法， 常见数据库MariaDB、PostgreSQL的安装配置操作，MQTT服务器的搭建配置，DHCP服务器的搭建 配置等。此外，还加入了一些比较有趣的实验，例如利用TensorFlow实现对象检测，使用OpenCV制 作一个树莓派扫描仪，或利用OpenCV实现换鼻子的实验，带领读者了解树莓派通过摄像头能够实现 的一些应用。 本书为初学者全面入门了解树莓派提供了很好的切入点，使读者可以了解更多树莓派的使用方法 以及操作小技巧。同时，在整体的编程过程中使用了C语言、Python语言及Shell脚本语言等常见语言， 对于拥有此类语言编程经验的用户更友好。 希望读者能够在这里找到自己喜欢的实验，并顺利入门树莓派！ \"

\"李伟斌 (漂移菌 ) 目前就职伍艾信息科技(上海)有限公司，首席Linux技术架构师。 主要研究方向为嵌入式 Linux 操作系统的应用及研发。 业余时间曾获取中美创客马拉松(上海站)一等奖, Intel IoT 物联网大赛二等奖, 上海国际创客大赛蘑菇云分赛首届脑洞大赛 脑洞大王奖, 上海谷歌Design Sprint Hackathon 优胜奖, Junction 2021 全球黑客大赛 Out of box奖。被朋友誉为树莓派超级爱好者及布道者, 并且兼漂移驴车项目联合创始人角色。\"

第1章树莓派简介1 引言1 1.1树莓派是什么？1 1.2树莓派周边配件11 1.3树莓派能做什么？12 第2章树莓派入门基础知识21 2.1系统选型21 2.2新系统下载及烧录23 2.3恢复卡制作的操作步骤24 2.3.1方法124 2.3.2方法224 2.4烧录系统24 2.5初始化系统29 第3章树莓派GPIO的使用46 3.1GPIO的概念及相关库的使用方法46 3.2树莓派上使用wiringPi库47 3.3如何利用wiringPi优雅地点亮一个 LED灯51 3.3.1硬件材料准备51 3.3.2接线方式51 3.3.3编写代码测试52 3.4玩转流水灯和游侠灯58 3.4.1流水灯58 3.4.2游侠灯59 第4章树莓派中I2C功能的使用61 4.1I2C的概念61 4.2I2C实战小项目62 4.2.1接线方式62 4.2.2启用I2C配置63 目录 IV树莓派4与人工智能实战项目 4.2.3检测Slave设备状态65 4.2.4查询寄存器表并简单测试65 4.2.5编写C语言测试代码66 4.2.6编写Python代码进行测试68 4.2.7关于Python中的I2C函数69 4.3使用I2C协议的其他应用70 4.3.1点亮LCD1602液晶屏显示树莓派 的IP地址70 4.3.2利用OLED展示树莓派磁盘状态 信息83 第5章树莓派SPI介绍及应用实例88 5.1SPI协议简介88 5.1.1SPI协议概述88 5.1.2SPI的优缺点88 5.1.3采用主-从模式（Master-Slave）的 控制方式89 5.2树莓派SPI概述89 5.2.1引脚和GPIO映射89 5.2.2关于SPI的速度90 5.3树莓派上启用SPI功能90 5.3.1通过raspi-config工具91 5.3.2通过编辑/boot/config.txt文件93 5.3.3通过图形界面93 5.4树莓派SPI应用实例95 5.4.1检查SPI设备状态95 5.4.2准备SPI外设并接入树莓派95 5.4.3安装Python库文件96 5.4.4编写定制的测试代码并进行测试97 5.5让树莓派变身为一个环境检测站101 5.5.1BME280模块介绍102 5.5.2接线方式103 5.5.3编写代码获取数据103 5.5.4总结112 第6章树莓派UART串口介绍及应用实例113 6.1UART简介113 6.2树莓派串口说明114 6.3在树莓派上配置启用UART115 6.4在树莓派上进行串口通信120 6.4.1使用Python语言实现串口 通信120 6.4.2通过C语言实现串口通信123 6.4.3拓展实例124 6.5关于树莓派串口别名及切换 硬件串口126 6.5.1串口别名126 6.5.2更换串口端口127 6.6总结128 第7章树莓派PWM介绍及应用实例129 引言1297.1PWM控制原理129 目录V 7.2树莓派PWM通道信息130 7.3wiringPi库的PWM接口介绍131 7.3.1硬件PWM131 7.3.2软件PWM132 7.3.3软件PWM注意事项133 7.4PWM应用项目实战134 7.4.1呼吸灯效果134 7.4.2舵机控制138 第8章树莓派开源网络应用实例144 引言144 8.1树莓派搭建RTMP流媒体服务器145 8.1.1安装Nginx及模块145 8.1.2启用RTMP148 8.1.3客户端连接测试151 8.2树莓派搭建Samba文件服务器156 8.2.1什么是Samba文件服务器156 8.2.2需要准备的设备156 8.2.3安装配置Samba服务器157 8.3树莓派搭建NFS文件服务器163 8.3.1什么是NFS文件服务器163 8.3.2需要的设备163 8.3.3安装配置NFS文件系统163 8.4树莓派搭建日志服务器169 8.4.1什么是日志服务器169 8.4.2需要的硬件170 8.4.3安装rsyslog服务170 8.4.4配置rsyslog作为服务器170 8.4.5创建新模板171 8.4.6重启服务并测试172 8.5树莓派搭建MariaDB数据库 服务器175 8.5.1什么是MariaDB175 8.5.2MariaDB和MySQL的区别175 8.5.3安装MariaDB176 8.5.4配置MariaDB176 8.5.5创建一个数据库178 8.5.6添加一张表179 8.5.7插入几条记录180 8.6树莓派搭建PostgreSQL数据 库服务器182 8.6.1什么是PostgreSQL数据库182 8.6.2安装PostgreSQL182 8.6.3配置PostgreSQL182 8.6.4创建数据库183 8.6.5常见控制台命令184 8.6.6基本SQL语句185 8.7树莓派搭建MosquittoMQTT 服务器186 8.7.1什么是MQTT服务器186 8.7.2安装Mosquitto服务器187 8.7.3检测服务器状态187 8.7.4在树莓派上测试Mosquitto代理187 8.7.5多主机测试189 8.7.6尝试使用Python的paho-mqtt库190 8.8树莓派搭建DHCP服务器193 8.8.1什么是DHCP服务器193 8.8.2测试环境193 8.8.3配置1号主机DHCP服务194 8.8.4修改DHCP服务的配置194 VI树莓派4与人工智能实战项目 8.8.5重启服务以生效配置195 8.8.6开启路由转发195 8.8.7配置IPtables实现流量路由196 8.8.8注意事项196 8.9总结197 第9章树莓派上利用TensorFlow实现对象检测198 引言198 9.1软硬件环境介绍198 9.1.1硬件准备198 9.1.2软件准备199 9.2操作步骤199 9.2.1更新系统及软件仓库199 9.2.2创建TensorFlow的工作目录199 9.2.3安装TensorFlow的Python库和部分 依赖200 9.2.4安装OpenCV视觉框架200 9.2.5编译安装Protobuf组件201 9.2.6重启系统203 9.2.7重新登录系统并设置TensorFlow 目录结构203 9.2.8下载TensorFlow模型204 9.2.9修改用户初始化配置文件204 9.2.10利用protoc编译ProtocolBuffer 文件204 9.2.11下载ssdlite_mobilenet_v2_coco 模型205 9.3对象检测测试205 9.3.1在树莓派上启用摄像头205 9.3.2下载检测脚本205 9.3.3接入摄像头206 9.3.4执行脚本并进行检测206 9.4总结208 第10章树莓派扫描仪—树莓派+OpenCV209 引言209 10.1原理209 10.2硬件准备210 10.3软件准备211 10.3.1软件包版本信息211 10.3.2查看软件版本的方法211 10.4配置环境212 10.4.1检查网络状态212 10.4.2更新软件仓库并安装软件212 10.4.3创建并激活虚拟环境213 10.4.4启用摄像头213 10.5代码调试215 10.6应用拓展219 10.7总结221 第11章AI换鼻子—树莓派+OpenCV222 11.1AI换鼻子的原理223 11.2硬件需求223 11.3软件需求223 11.3.1Raspbian操作系统223 11.3.2Python3环境224 11.3.3virtualenv环境225 11.3.4dlib库226 11.3.5shape_predictor工具和get_frontal_ face_detector函数226 11.3.6预测模型库下载228 11.4操作步骤228 11.4.1烧录镜像，启动并完成初始化 配置228 11.4.2启动树莓派232 11.4.3接入摄像头236 11.4.4系统初始化环境调试237 11.4.5树莓派摄像头测试239 11.4.6编写代码239 11.5开挖脑洞，发散思维262 11.6总结262 第12章树莓派通过U盘启动系统263 引言263 12.1硬件需求263 12.2前期准备264 12.3更新升级系统264 12.4更新bootloader264 12.5检查启动选项265 12.6无卡启动测试268 12.7制作USB启动盘268