4為機器人準備無頭Raspberry Pi

本章將介紹以下內容：

• 什麼是無頭系統，為什麼它對機器人有用？
• 在Raspberry Pi上設置Wi-Fi並啟用SSH
• 在網路上找到你的Raspberry Pi
• 連接Raspberry Pi
• 配置Raspberry Pi操作系統

要求：一臺 Raspberry Pi，最好是 3A+（但 Pi3或4也可以）

4.1 什麼是無頭系統，為什麼它對機器人有用？

無頭系統是指在鍵盤、屏幕和滑鼠訪問設備不方便的時間或地點，可以通過網路從另一臺電腦上操作的電腦。無頭訪問可用於伺服器系統、製造機器人和小工具：

與屏幕、鍵盤和滑鼠連接的 Raspberry Pi

上圖展示了一個有頭的系統，用戶可以坐在設備前面。您需要在機器人上安裝屏幕、鍵盤和滑鼠，因此移動性較差。您可以根據需要安裝/拆卸它們，但這樣做也很不方便。有一些攜帶型系統可以與Raspberry Pis像這樣對接，但當機器人移動時，您需要斷開連接或與機器人一起移動。

我曾看到過帶有微型板載屏幕、由無線鍵盤和滑鼠控制的機器人。不過，在本書中，我們將機器人作為無頭設備使用：

機器人上的Raspberry Pi採用無頭配置

上圖中的 Raspberry Pi作為無頭設備安裝在機器人上。這台Raspberry Pi沒有屏幕和鍵盤的束縛；這些都由另一臺電腦來處理。代碼、指令和信息通過無線網路從筆記本電腦發送到 Raspberry Pi，再從 Raspberry Pi發送出去。許多代碼示例都是自主運行的，電腦可以啟動/停止這些示例。手機可以啟動和停止自主行為，查看機器人的狀態，或者直接驅動機器人，完全不需要連接筆記本電腦。這個 Raspberry Pi沒有屏幕和鍵盤。

雖然您通常不需要屏幕和鍵盤，但還是值得準備一下，以防與 Raspberry Pi失去聯繫時，它拒絕通過網路做出響應。這時，您可以使用屏幕和鍵盤與它連接，查看發生了什麼。

對於無頭訪問Raspberry Pi，我們將使用Secure Shell（SSH）。SSH提供了向Pi發送指令的命令行，以及向 Pi 傳輸文件的文件傳輸系統。

讓Pi成為無頭機器人可以讓它自由行動。它無需攜帶屏幕和鍵盤，也無需為其供電，從而保持了機器人的輕便。由於顯示器和鍵盤非常笨重，因此無頭設計使機器人更小巧。它還能鼓勵製造者思考機器人的自主行為，因為你不能總是向機器人輸入命令。

4.2 在Raspberry Pi上設置Wi-Fi並啟用SSH

現在你已經看到了無頭系統的功能，讓我們來修改SD卡，使 Raspberry Pi啟動後即可作為無頭設備使用。我們需要先設置 Wi-Fi：

並創建文件：

• ssh： 沒有擴展名的空文件。
• wpa_supplicant.conf： 該文件包含 Wi-Fi 網路配置，如圖所示：

country=CN

update_config=1

ctrl_interface=/var/run/wpa_supplicant

network={

ssid="<your network ssid>"

psk="<your network password>"

}

讓我們逐行查看該文件：

第一行必須指定ISO/IEC alpha2國家代碼。您可以在 https://datahub.io/core/country-list 找到適合您所在位置的國家代碼。如果沒有，Raspberry Pi OS 將禁用Wi-Fi適配器。

接下來的兩行允許其他工具更新配置。

文件的最後四行定義了機器人和 Raspberry Pi 將連接的 Wi-Fi網路。請使用您自己的網路詳細信息，而不要使用此處的占位符。預共用密鑰（PSK）也稱為 Wi-Fi 密碼。這些信息應與您將筆記本電腦或手機連接到Wi-Fi網路時使用的信息相同。我建議在電腦上保留一份 wpa_supplicant.conf 文件副本，以便在其他 Raspberry Pi SD 卡上使用。

4.3 在網路上找到你的 Pi

假設您的SSID和PSK正確無誤，您的 Raspberry Pi現在已經在Wi-Fi網路上註冊。不過，現在你需要找到它。Raspberry Pi使用動態地址（DHCP）。每次將它連接到網路時，它都可能獲得不同的地址。訪問Wi-Fi路由器的管理頁面並記下IP地址在短期內有效。但每次更改地址時都這樣做會令人沮喪，而且在某些情況下可能無法使用。

幸運的是，Raspberry Pi使用了一種名為mDNS（多播功能變數名稱系統）的技術，因此附近的電腦都能找到它。客戶端電腦會廣播一條本地消息，詢問是否有名稱為 raspberrypi.local 的設備，Raspberry Pi會回覆地址，以便找到它。這也被稱為Zeroconf和Bonjour。因此，你需要做的第一件事就是確保你的電腦能做到這一點。

如果你使用的是 macOS，那麼你的電腦已經在運行Bonjour軟體，它已經具備mDNS功能。此外Ubuntu和Fedora桌面版本也早已相容 mDNS。在其他 Linux 桌面上，你需要找到它們的Zeroconf或 Avahi說明。許多最新的 Linux桌面都預設啟用了這一功能。

但如果你使用的是Windows，則需要使用Bonjour軟體。下麵我們就來看看如何設置。

參考資料

• 軟體測試精品書籍文檔下載持續更新 https://github.com/china-testing/python-testing-examples 請點贊，謝謝！
• 本文涉及的python測試開發庫 謝謝點贊！ https://github.com/china-testing/python_cn_resouce
• python精品書籍下載 https://github.com/china-testing/python_cn_resouce/blob/main/python_good_books.md
• Linux精品書籍下載 https://www.cnblogs.com/testing-/p/17438558.html
• Raspberry Pi(樹莓派4B)4輕鬆入門(上)-安裝 https://www.cnblogs.com/testing-/p/17604049.html
• Raspberry Pi 基金會安裝 Raspberry Pi 操作系統指南：https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/README.md。
• 《Raspberry Pi By Example》，Ashwin Pajankar和Arush Kakkar，Packt Publishing，其中有一節介紹Raspberry Pi的替代操作系統，以及許多令人興奮的 Raspberry Pi項目。
• Raspberry Pi GPIO 引腳輸出 (https://pinout.xyz/)： 它介紹了不同電路板與Raspberry Pi的實際引腳連接方式。

4.3.1 為Microsoft Windows設置Bonjour

如果你安裝了最新版本的Skype或iTunes，你就會擁有這款軟體。你可以使用本指南檢查它是否已經存在並啟用它：https://smallbusiness.chron.com/enable-bonjour-65245.html。

你可以在命令提示符中使用以下命令來檢查它是否已經運行：

C:\Users\danny>ping raspberrypi.local

如果你看到這個，說明你已經安裝了 Bonjour：

64 bytes from 192.168.0.53 (192.168.0.53): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.113 ms

64 bytes from 192.168.0.53 (192.168.0.53): icmp_seq=2 ttl=64 time=0.079 ms

如果你看到這個，你需要安裝它：

Ping request could not find host raspberrypi.local. Please check the name and try again.

為此，請瀏覽 Apple Bonjour For Windows 網站 https://support.apple.com/downloads/bonjour_for_windows 並下載，然後安裝 Download Bonjour Print Services for Windows。運行該程式後，Windows 就能按名稱查詢 mDNS 設備了。

4.3.2 測試設置

Raspberry Pi的綠燈應該已經停止閃爍，只能看到紅色的電源指示燈。這表明Pi已完成啟動並連接到網路。

如果一切順利，電腦將顯示已連接到 Pi：

$ ping raspberrypi.local

PING raspberrypi.local (192.168.0.53) 56(84) bytes of data.

64 bytes from 192.168.0.53 (192.168.0.53): icmp_seq=1 ttl=64 time=0.113 ms

64 bytes from 192.168.0.53 (192.168.0.53): icmp_seq=2 ttl=64 time=0.079 ms

64 bytes from 192.168.0.53 (192.168.0.53): icmp_seq=3 ttl=64 time=0.060 ms

64 bytes from 192.168.0.53 (192.168.0.53): icmp_seq=4 ttl=64 time=0.047 ms

4.3.3 故障排除

如果 Raspberry Pi 似乎沒有響應ping操作，你可以採取以下步驟嘗試診斷和補救。嘗試以下步驟：

• 仔細檢查連接。你應該看到綠燈閃爍幾下，紅燈持續亮起。如果沒有，請拔下電源插頭，確保 SD 卡插穩，然後再試一次。
• 在啟動Raspberry Pi時使用Wi-Fi 接入點設置，看看它是否在那裡獲取了IP地址。
• 如果您在Wi-Fi路由器上找到Raspberry Pi，這可能意味著mDNS沒有在您的電腦上正確運行。如果尚未安裝，請重新安裝。在 Windows 上，不同版本的 Bonjour 列印服務、Skype Bonjour 和 iTunes Bonjour 如果安裝在一起可能會發生衝突。請使用 Windows 的添加/刪除功能查看是否有多個版本，並刪除所有 Bonjour 實例，然後重新安裝官方版本。
• 接下來，關閉電源，取出 SD 卡，將其放回電腦，仔細檢查wpa_supplicant.conf文件是否存在，並確保 Wi-Fi 詳情和國家代碼正確無誤。該文件中最常見的錯誤如下：a) Wi-Fi 詳情不正確; b) 缺少引號或缺少/不正確的標點符號;c)國家代碼錯誤或缺失;d)關鍵字大小寫錯誤（關鍵字應小寫，國家代碼應大寫）
• 當 Raspberry Pi 啟動時，SSH 文件會被刪除。如果你確定它存在並已被移除，這意味著 Pi 確實啟動了。
• 最後，您可能需要在連接屏幕和鍵盤的情況下啟動Pi，並嘗試診斷問題。顯示屏會告訴您wpa_supplicant.conf是否存在其他問題或其他問題。使用屏幕文本併在網上搜索答案。我無法在此重現所有這些問題，因為這裡可能出現多種問題。我還建議使用 #raspberrypi 標簽在 Twitter、Stack Overflow 或 Raspberry Pi 論壇（https://www.raspberrypi.org/forums/）上提問。

我們現在已經驗證了 Pi 與網路的連接，並一路排除了各種問題。我們可以通過
ping 找到它。現在我們知道它就在那裡，讓我們連接到它。

4.4 使用PuTTY或SSH連接Raspberry Pi

windows推薦：MobaXterm或git bash， Linux和MacOS可直接使用bash，Linux的PAC也挺不錯。下麵以跨平臺但是不太好用的PuTTY為例：

如果您已經使用SSH客戶端，請註意並非所有Windows命令行SSH客戶端都支持mDNS。

PuTTY 是訪問 SSH 的便捷工具，適用於 Windows、Linux 和 Mac。這些操作系統的安裝信息可在 https://www.ssh.com/ssh/putty/上找到。

從上述鏈接安裝好PuTTY後，讓我們將它連接到 Raspberry Pi。繼續
啟動 PuTTY。你會看到如圖的界面。在 "主機名（或 IP 地址）"框中輸入 raspberrypi.local，然後點擊 "打開 "登錄到你的 Pi：

第一次執行此操作時，PuTTY 會顯示安全警告，要求你添加 Pi 的密鑰（如果你信任它）。單擊 "是"；只有當另一個具有相同主機名的設備（例如新的 Raspberry Pi）使用不同的密鑰出現時，PuTTY 才會再次詢問你。當你看到 "Login as"提示時，輸入pi，按Enter，並使用密碼raspberry。現在你將看到類似下圖的內容，表明你已連接到 Pi：

4.5 配置Raspberry Pi操作系統

我們可以使用raspi-config工具來完成許多這些任務，它是一個菜單系統，用於在 Raspberry Pi OS 上執行配置任務。

sudo raspi-config

4.5.1 重新命名你的 Pi

在raspi-config中選擇Network Options(網路選項)-> Hostname（主機名）：

4.5.2 更改用戶密碼

在raspi-config頂部菜單中選擇"更改用戶密碼"：

4.5.3 重啟並重新連接

使用Tab按鈕轉到"完成"項，然後按 Enter：

下一個屏幕會詢問您是否要重啟Pi。選擇是並按回車鍵：

Raspberry Pi將開始重置，在重置過程中，PuTTY會話將被斷開。等待幾分鐘，Pi上的綠色活動指示燈會閃爍一下，然後穩定下來。PuTTY會告訴你已經失去了與它的連接。此時 Pi已關閉。紅燈將一直亮著，直到你拔掉電源：

4.5.4 更新 Raspberry Pi 上的軟體

$ sudo apt update – y && sudo apt upgrade -y

4.5.5 關閉樹莓派

sudo poweroff

等待綠燈活動停止；PuTTY會檢測到它已斷開連接。現在可以安全斷開電源了。

在不預期的情況下拔掉Raspberry Pi的電源可能會導致文件丟失和 SD卡損壞。您可能會丟失工作並損壞 SD 卡。請務必使用正確的關機程式。