Aprender Raspberry Pi 4 con 100 ejercicios prácticos

Aprender Raspberry Pi 4 con 100 ejercicios prácticos

© 2020 Ferran Fàbregas

© 2020 MARCOMBO, S.L.

www.marcombo.com

Diseño de la cubierta: ArteMio

Imagen de cubierta: Michael Henzler / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0

Director de colección: Pablo Martínez Izurzu

Directora de producción: M.ª Rosa Castillo Hidalgo

Maquetadora: María Paz Mora Encinas

Corrector: Héctor Tarancón

«Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra solo puede ser realizada con la autorización de sus titulares, salvo excepción prevista por la ley. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos, www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra».

ISBN: 978-84-267-2776-3

Producción del ebook: booqlab.com

Presentación
APRENDER RASPBERRY PI 4 CON 100 EJERCICIOS PRÁCTICOS

La Raspberry Pi es actualmente uno de los dispositivos con mayor flexibilidad y proyección en el ámbito del desarrollo de proyectos de electrónica recreativa, robótica y el mundo maker en general. Además, es una herramienta crucial en el sector de la educación y la enseñanza.

Gracias a los 100 ejercicios prácticos que encontrará en este libro, aprenderá a sacar provecho a este pequeño pero potente ordenador y descubrirá sus posibilidades, tanto en el campo educativo y del desarrollo de software como en la creación de dispositivos de hardware.

A QUIÉN VA DIRIGIDO

Es un libro de iniciación accesible a todos los públicos, sin elementos complejos y sin requerimiento de conocimientos previos. Con él, conseguirá una visión amplia de las posibilidades que le brinda su placa Raspberry Pi y, en particular, el modelo 4.

También está dirigido a aquellos que ya hayan realizado sus primeros pasos con Raspberry Pi, pues en este libro encontrarán las respuestas a las dudas que les surjan y aquellas que no hayan podido resolver hasta ahora.

LA FORMA DE APRENDER

Nuestra experiencia en el ámbito de la enseñanza nos ha llevado a diseñar este tipo de manual, en el que cada una de las funciones se trabaja mediante la realización de una actividad práctica. Dicho ejercicio se halla explicado paso a paso y pulsación a pulsación, a fin de no dejar ninguna duda en su proceso de ejecución. Además, lo hemos ilustrado con imágenes descriptivas con los pasos más importantes, así como con los resultados que deberían obtenerse, y con recuadros titulados “Importante”, que ofrecen información complementaria sobre los temas tratados en los ejercicios.

LOS ARCHIVOS NECESARIOS

En la parte inferior de la primera página del libro encontrará el código de acceso que le permitirá descargar de forma gratuita los contenidos adicionales del libro en www.marcombo.info.

Cómo leer
los libros “Aprender...”

Los programas informáticos, como los seres vivos, están en constante evolución. Por eso, en esta edición se han utilizado las últimas versiones disponibles a fecha de febrero de 2020 o, en su omisión, las más recomendadas.

También me gustaría dar un agradecimiento a toda la comunidad, foros y webs relacionadas con Raspberry Pi. Es imposible citarlos a todas, pero sin sus contenidos online, recursos abiertos, e información pública este libro no hubiese sido posible. Gracias a todos.

Índice

001 Descubriendo la Raspberry Pi

002 Los diferentes modelos, usos y distribuciones

003 Conexiones de la Raspberry Pi 4

004 Conexiones de la Raspberry Pi. Modelos anteriores

005 Instalación de la placa Raspberry Pi Zero y Zero W

006 Las diferencias entre Raspberry Pi y Arduino

007 Puesta en marcha de nuestra Raspberry Pi

008 Formatear una SD con Windows o Mac

009 Formatear una SD con Linux

010 Copiar una imagen de sistema a una tarjeta SD

011 Instalación usando NOOBS

012 Instalación de Raspbian

013 Linux: Navegar por el sistema de archivos (I)

014 Linux: Navegar por el sistema de archivos (II)

015 Gestionando ficheros

016 Gestionando usuarios

017 Los servicios en Linux

018 Conectar la Raspberry Pi a un monitor VGA o DVI

019 Instalando bluetooth en nuestra Raspberry Pi

020 Raspberry Pi a Internet mediante Ethernet

021 Raspberry Pi a Internet mediante WiFi

022 Instalación de programas desde el entorno gráfico

023 Instalación de programas desde terminal. Aptitude

024 Actualización del sistema

025 Mejorando el rendimiento de la Raspberry Pi

026 Instalación de un disco duro externo

027 Edición básica de imágenes con Raspbian

028 Ver vídeos con Raspberry Pi

029 Personalizando nuestro escritorio en Raspbian

030 LibreOffice: La suite ofimática de Raspbian

031 Convertir la Raspberry Pi en una consola de juegos

032 Modificando el gestor de ventanas. XFCE4

033 Instalando Open Arena

034 Trabajando con gráficos vectoriales. Inkscape

035 Servidor de impresión

036 Configurando un cliente al servidor de impresión

037 Instalación de un servidor web en una Raspberry Pi

038 Instalación de un servidor de bases de datos

039 Conceptos generales de SQL

040 Instalación y configuración de WordPress

041 Creando un blog con WordPress

042 Crear un punto de acceso WiFi. El Servidor DHCP

043 Crear un punto de acceso WiFi con Raspberry Pi

044 Instalación de Samba. Compartir una carpeta

045 Acceso remoto a la Raspberry Pi: SSH

046 Acceso remoto a la Raspberry Pi: VNC

047 Instalar un servidor DLNA

048 Convertir la RPi en un centro multimedia. LibreElec

049 Conectando nuestro centro multimedia a un NAS

050 Servidor FTP

051 Iniciación a Scratch

052 Ejercicio sobre Scratch: Animando al cangrejo

053 Ejercicio sobre Scratch: Laberinto

054 Ejercicio sobre Scratch. Aprendiendo a sumar jugando

055 Introducción a Python. ¡Hola mundo!

056 Python. Programando desde el terminal

057 Python. Variables

058 Python. Operadores

059 Python. Condicionales

060 Python. Bucles

061 Python. Funciones

062 Python. Listas

063 Python. Trabajando con cadenas de texto

064 Python. Entrada/salida y gestión de archivos

065 Python. Ejemplo práctico: enviar un correo electrónico

066 Iniciación a Minecraft Pi

067 Comenzando a programar con Minecraft Pi

068 Minecraft Pi. Alterando el mundo

069 Minecraft Pi. Creando minijuegos

070 Iniciación a Mathematica

071 Mathematica. Tipos de variables y funciones generales

072 Mathematica. Operaciones con listas y matrices

073 Mathematica. Gráficos en 2D y 3D

074 Mathematica. Acceso al GPIO

075 Iniciación a Sonic Pi

076 Sonic Pi: Iteraciones, bucles y condicionales

077 Sonic Pi: Samples y sintetizadores

078 Sonic Pi: Efectos y ejemplo práctico

079 Instalación y configuración de Ubuntu Mate

080 Instalación de Ubuntu IoT Server

081 Configuraciones avanzadas de Ubuntu Server

082 Mozilla IoT. WebThings Gateway

083 La Raspberry Pi con otros sistemas operativos

084 El bootloader de la Raspberry Pi 4

085 Instalación de GPIO. GPIO en Python

086 Encender un LED

087 Sensor de distancia mediante ultrasonidos

088 Detector de intrusos: Sensor PIR

089 Real Time Clock

090 Los buses I2C y SPI

091 Librerías Adafruit CircuitPython

092 Sensor de temperatura y humedad: DHT

093 Sensor barométrico: BMP280

094 Sense Hat

095 Usar la Raspberry Pi con baterías

096 Conectar una cámara a tu Raspberry Pi

097 Haciendo un timelapse con tu Raspberry Pi (I)

098 Haciendo un timelapse con tu Raspberry Pi (II)

099 PyFirmata. Comunicar la Raspberry Pi y Arduino

100 Encuentra tu camino experimentando

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Descubriendo la Raspberry Pi. ¿Qué puedo hacer con una Raspberry Pi?

Bienvenidos a Aprender Raspberry Pi 4 con 100 ejercicios prácticos. En este libro veremos, a través de 100 ejercicios, cómo sacar partido a nuestra Raspberry Pi –en general, de todos los modelos, pero con especial atención a la versión 4– de manera práctica y sencilla.

El objetivo de este libro es dar una visión general de las posibilidades que nos brinda la Raspberry Pi 1, tanto en software como en hardware. Para conseguirlo, desarrollaremos una serie de ejercicios de diferentes grados de complejidad enfocados a los diversos aspectos de nuestro dispositivo. Definirán, además, las bases para que, posteriormente, el lector pueda profundizar en los temas que le resulten más interesantes y provechosos.

1. Uno de los grandes valores de la Raspberry Pi, respecto a otras placas similares, es su gran comunidad 2, a la altura de otras grandes comunidades online, como la de Arduino 3. Este libro ha sido posible también gracias a ella y, aunque es imposible citar a cada persona, blog o web, desde aquí se repite el agradecimiento por parte del autor por contribuir con su esfuerzo, y conocimiento, a la comunidad de Raspberry Pi.

2. Aunque los ejercicios del libro Aprender Raspberry Pi con 100 ejercicios prácticos son independientes, y no hace falta que el lector los lea en el orden estándar, es muy recomendable, sobre todo en el caso de los no iniciados, que se siga la estructura del libro. Esta nos irá haciendo un recorrido de manera ordenada por los aspectos más importantes de la Raspberry Pi, y permitirá un aprendizaje escalonado y ordenado.

3. La Raspberry Pi es un ordenador de placa única (es decir, que tiene todos los componentes integrados en una sola placa) de bajo coste. Está desarrollada por la Fundación Raspberry Pi, en el Reino Unido, con el objetivo de potenciar la enseñanza de las ciencias en las escuelas. Con el tiempo, la Raspberry Pi, junto con la placa microcontroladora Arduino, se han convertido en un referente en el mundo maker y en el desarrollo de dispositivos para el llamado Internet de las Cosas (IoT).

4. La Raspberry Pi destaca por su gran flexibilidad y su reducido precio (a partir de unos 35 € en el caso de la Raspberry Pi 4, y unos 10 € en el de la Raspberry Pi Zero W) 4. Nos permitirá desarrollar proyectos de software, como por ejemplo un centro multimedia o un servidor web, y también proyectos de hardware, como un sistema de videovigilancia, o la construcción de una estación meteorológica casera.

5. La Raspberry Pi es un dispositivo increíble que permite, gracias a su facilidad de uso, sus infinitas capacidades de expansión y su activa comunidad, el desarrollo de todo tipo de proyectos expandiendo las posibilidades que nos brinda hasta los límites de nuestra imaginación.

IMPORTANTE

Actualmente, es posible conseguir una Raspberry Pi en tiendas especializadas en electrónica de muchas ciudades de España. Si no podemos encontrar una tienda local que disponga de ella, resultará más sencillo adquirirla en alguna de las muchas tiendas que la comercializan por Internet en España o Europa.

002

Los diferentes modelos, usos y distribuciones

En el mercado existen diferentes versiones de Raspberry Pi según las necesidades de los diferentes usuarios, aunque los principales modelos actuales son la Raspberry Pi Zero, Raspberry A+, Raspberry B+, Raspberry Pi 2 y la Raspberry Pi 3. Cada modelo cubre una serie de necesidades específicas, pero, actualmente, la Raspberry Pi 3 está sustituyendo al modelo B, B+ y Pi 2.

En la web oficial de la Fundación Raspberry Pi podemos descargar diversas distribuciones (sistemas operativos) adaptadas a la Raspberry Pi, que dependen del uso que le queramos dar.

1. La Raspberry Pi A+ 1 es la versión que sustituye a la antigua Raspberry Pi A. Este dispositivo es la versión más pequeña de Raspberry, dispone de un solo conector USB, 256 MB de RAM, y carece de puerto Ethernet, pero, a cambio, tiene un consumo muy reducido.

2. De la misma manera, la Raspberry Pi B+ sustituye al modelo Raspberry Pi B. Esta dispone de 4 conectores USB, puerto Ethernet, y 512 MB de RAM.

3. La Raspberry Pi 2 mantiene la base de la Raspberry Pi B+, pero con un procesador quadcore mucho más potente, y 1 GB de RAM. Estas características mejoran ampliamente su rendimiento, y permiten instalar sistemas mucho más complejos como Ubuntu Mate o Windows 10 IoT.

4. La Raspberry Pi 3 2 mejora hasta un 60 % el rendimiento de la Raspberry Pi 2, además de añadir un controlador WiFi 802.11n y Bluetooth 4.1, con los que podremos conectarnos a redes inalámbricas sin necesidad de utilizar ningún accesorio.

5. A diferencia de la Raspberry Pi 3, la nueva Raspberry Pi Zero/Zero W sacrifica funcionalidades y potencia a cambio de reducir su tamaño y precio. Esta placa tiene un coste que ronda los 5 €, en el caso de la Raspberry Pi Zero, y 10 € en el caso de la Raspberry Pi Zero W, y tiene un tamaño mucho más reducido (65 × 30 × 5 mm) 3.

6. La Raspberry Pi 4 modifica sustancialmente las especificaciones de los modelos anteriores.Más allá del aumento de potencia, incorpora un conector USB tipo C para la alimentación, dos salidas micro-HDMI para 2 monitores de resolución 4K, WiFi 5G, Bluetooth 5.0 BLE, y USB 3.0 como características más destacadas. La Raspberry Pi 4 puede adquirirse en varias configuraciones de RAM, que van desde 1 GB a 4 GB.

7. Una vez vistas las diferentes versiones de la Raspberry Pi, deberemos elegir qué sistema le deseamos instalar a nuestro modelo. El sistema más extendido y más flexible es Raspbian, una versión adaptada de la distribución Linux Debian.

8. También podemos instalarle sistemas especialmente dedicados a servir de media center, como OSMC o LibreElec. Estas distribuciones nos permitirán convertir nuestro televisor de casa en un potente centro multimedia de bajo coste.

9. Más allá de las distribuciones oficiales, que podemos encontrar en la web de la Fundación Raspberry Pi, existen multitud de desarrollos de terceros que nos permiten aprovechar una gran variedad de usos alternativos: desde la opción de convertir nuestra Raspberry Pi en una estación para radioaficionados a una consola de juegos antiguos.

IMPORTANTE

Existe, también, un modelo bastante poco usual llamado módulo de computación 4. Este módulo no dispone de conectores de entrada y salida comunes como USB o HDMI, y está preparado para los desarrolladores que quieren una integración total de la Raspberry Pi con las placas diseñadas para sus proyectos mediante el uso de un conector SODIMM.

IMPORTANTE

Aunque las versiones anteriores a la Raspberry Pi 4 se podrían considerar obsoletas, actualmente, se siguen distribuyendo por motivos de retrocompatibilidad con montajes anteriores preexistentes.

003

Conexiones de la Raspberry Pi 4

IMPORTANTE

La diferencia principal entre un puerto USB 3.0 y un puerto USB 2.0 es su velocidad de transferencia. Los puertos USB 3.0 pueden multiplicar por 10 la velocidad pasando de 60 MB/s a 600 MB/s. No olvidemos que el dispositivo que conectemos también debe ser compatible con USB 3.0 para aprovechar su potencial.

Para poder hacer un buen uso, y sacar el máximo partido de nuestro dispositivo, es muy importante conocer todas las conexiones de las que dispone. Si nos fijamos en nuestra Raspberry Pi 4 1, veremos que es bastante diferente a los modelos anteriores. En este ejercicio, vamos a estudiar todas sus conexiones en detalle.

1. De manera muy similar a las versiones anteriores de Raspberry Pi, en la parte frontal veremos el puerto Ethernet, que sirve para conectar la Raspberry Pi a la red mediante un cable.

2. A su lado encontraremos los 4 puertos USB. Es importante tener en cuenta que la Raspberry Pi 4 dispone de 2 puertos USB 3.0 y 2 puertos USB 2.0 2. Los puertos se pueden distinguir por su color, ya que los azules son 3.0, y los negros 2.0.

3. En el lateral se encuentran los dos puertos micro-HDMI para conectar una televisión o un monitor 3. Estos puertos soportan una resolución 4K nativa, y necesitan un adaptador mini-HDMI a HDMI para hacer las conexiones.

4. A la izquierda de los conectores mini-HDMI encontramos el conector de alimentación micro-USB de tipo C 4 y, junto a este, la salida jack de audio.

5. Para mantener la compatibilidad con los proyectos basados en versiones anteriores, los conectores GPIO están en el mismo lugar y con la misma distribución anterior. Estos pines nos servirán para conectar la Raspberry Pi a los sensores y actuadores.

6. Como podemos esperar, en la parte superior de la placa encontraremos la conexión para la Cámara de la Raspberry Pi (en adelante, RasPiCam), el medio de vídeo oficial de la Raspberry Pi (y de muchas otras compatibles), y el conector para un monitor con conexión DSI.

7. En la parte inferior tendremos la ranura para la tarjeta micro-SD, que hará las funciones de disco duro de nuestra Raspberry Pi.

IMPORTANTE

Muchas veces encontraremos tarjetas micro-SD con precios muy diferentes y con el mismo tamaño de almacenamiento. No deberemos confiar en las tarjetas baratas, ya que usualmente serán muy lentas y poco fiables. Deberemos buscar una tarjeta que, como mínimo, sea de categoría UHS-I A1 5 para disponer de un buen rendimiento en nuestra Raspberry Pi.

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Conexiones de la Raspberry Pi. Modelos anteriores

IMPORTANTE

Los modelos A/A+ y Zero/Zero W de Raspberry Pi no tienen puerto Ethernet.

IMPORTANTE

Los modelos más antiguos tienen también una salida RCA de vídeo compuesto para televisores.

En este ejercicio, analizaremos los modelos antiguos de Raspberry Pi (anteriores a las Raspberry Pi Zero y Raspberry Pi 4) en detalle, y veremos las conexiones que nos brindará este dispositivo para poder aprovecharlo al máximo.

El motivo de comentar las versiones más antiguas de Raspberry Pi se debe a que existen centenares de miles de placas, de estos tipos, en funcionamiento. La Fundación de Raspberry Pi las sigue manteniendo, fabricando y vendiendo hoy en día, por lo que siguen siendo placas válidas actualmente.

1. Lo primero que deberemos hacer es tener una visión general de nuestra Raspberry Pi 1.

2. En la parte frontal veremos el puerto Ethernet 2. Este puerto servirá para conectar la Raspberry Pi a la red mediante un cable.

3. Al lado del puerto Ethernet tendremos los puertos USB 3. Su número varirá dependiendo del modelo. Así, pasaremos de los 4, en el caso de la Raspberry Pi 2 y Raspberry Pi B+, al único puerto USB del modelo A/A+.

4. En un lado se encontrarán el puerto HDMI para conectar una televisión o un monitor 4, el conector de alimentación micro-USB 5 y la salida jack de audio 6.

5. En el lado contrario estarán los pines GPIO 7, que nos servirán para conectar la Raspberry Pi a los sensores y actuadores.

6. En la parte superior de la placa encontraremos la conexión para la RasPiCam 8, la cámara de vídeo oficial de Raspberry Pi, y un monitor con conexión DSI 9.

7. En la parte inferior tendremos la ranura para tarjetas SD/micro-SD a.

8. En el caso de usar una Raspberry Pi Zero/Zero W, las conexiones serán considerablemente diferentes. Para más información podremos consultar el capítulo 5.

9. En el caso de usar una Raspberry Pi 4, en cualquiera de sus configuraciones, consultaremos el capítulo 7.