Настройка Raspberry Pi 3B, камеры и iRobot Create: полное руководство CS424

1. Введение

   Raspberry Pi 3 Model B — универсальный одноплатный компьютер с USB, Wi-Fi, Bluetooth, Ethernet, HDMI, аудио и GPIO. В CS424 мы используем его для управления iRobot Create, опираясь на мощное железо: 4-ядерный 1,2 ГГц процессор и 1 ГБ ОЗУ. Минимальное железо включает:

   • Материнскую плату Raspberry Pi 3B
   • microSD 32 ГБ (с адаптером при необходимости)
   • Блок питания 5 В (например, CanaKit)
   • Камеру Raspberry Pi Camera Module v2 для зрения
   Это руководство охватывает установку ОС, настройку Wi-Fi, протокол обнаружения и обеспечение беспроводной связи с роботом. Также включены меры предосторожности при работе с открытыми электрическими контактами Pi.

2. Установка операционной системы Raspbian
   1. Метод 1: Использование NOOBS (New Out-of-Box Software)

      NOOBS — простейший путь. Скачайте пакет «offline and network install» с Raspberry Pi Downloads и следуйте гайду по установке NOOBS. Распакуйте ZIP и скопируйте содержимое на microSD. Безопасно извлеките карту во избежание повреждений.

      Загрузите Pi с картой, подключите HDMI-дисплей, USB-клавиатуру и мышь, включите питание. Мастер установки ОС проведет через локаль, часовой пояс, учётные данные. После установки Raspbian перейдите к конфигурации.

   2. Метод 2: Прямая запись образа Raspbian

      Скачайте полный образ desktop с Raspberry Pi OS Downloads. Следуйте платформозависимым инструкциям для Mac, Linux, Windows (Mac, Linux, Windows) для записи образа на microSD. После прошивки вставьте карту в Pi и включите питание для завершения первой загрузки.

3. Начальная конфигурация
   1. Установка имени хоста

      Отредактируйте /etc/hosts и /etc/hostname, изменив дефолтное raspberrypi на уникальное, например robotpi4 (замените «4» на номер вашей группы). Используйте sudo nano или любимый редактор. Сохраните и выйдите.

   2. Настройка Wi-Fi

      Добавьте учётные данные домашней сети в /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf:

      network={
          ssid="your_home_wifi_name"
          psk="your_home_wifi_passphrase"
          key_mgmt=WPA-PSK
      }
      

      Для IllinoisNet Enterprise сгенерируйте хеш пароля:

      echo -n 'your_netid_password' | iconv -t utf16le | openssl md4
      

      Вставьте полученный хеш в блок конфигурации:

      network={
          ssid="IllinoisNet"
          key_mgmt=WPA-EAP
          proto=WPA2
          eap=PEAP
          ca_cert="/etc/ssl/certs/AddTrust_External_Root.pem"
          identity="your_net_id"
          password=hash:6602f435f01b9173889a8d3b9bdcfd0b
          phase1="peapver=0"
          phase2="MSCHAPV2"
      }
      

      Замените хеш и your_net_id соответственно. Удалите пароль в открытом виде из истории команд: history -cw.

   3. Включение DHCP для сетевых интерфейсов

      Отредактируйте /etc/network/interfaces, заменив все вхождения manual на dhcp:

      auto lo
      iface lo inet loopback
      iface eth0 inet dhcp
      allow-hotplug wlan0
      iface wlan0 inet dhcp
      wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
      allow-hotplug wlan1
      iface wlan1 inet dhcp
      wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
      

   4. Настройка простого протокола обнаружения

      Создайте скрипт, уведомляющий центральный сервер при поднятии сетевого интерфейса. Выполните:

      sudo touch /etc/network/if-up.d/robotpi
      sudo chmod 755 /etc/network/if-up.d/robotpi
      sudo nano /etc/network/if-up.d/robotpi
      

      Вставьте следующее содержимое (замените обратные кавычки на настоящие в редакторе):

      #!/bin/sh
      curl --data "hostname=$(hostname)&data=$(ifconfig)" \
      https://apollo3.cs.illinois.edu/robotpi/controller.py/send_heartbeat
      

      Сохраните и выйдите. Перезагрузите Pi: sudo reboot для применения изменений.

4. Альтернативная начальная конфигурация через SSH или прямое редактирование карты
   1. Через проводное подключение

      Подключите Pi к роутеру Ethernet-кабелем. После загрузки найдите его IP (например, 192.168.x.x) через админку роутера или пинг raspberrypi.local. Подключитесь по SSH:

      ssh [email protected] 192.168.x.x
      

      Примените настройки хоста, Wi-Fi, DHCP, обнаружения как выше.

   2. Прямое редактирование microSD (без загрузки)

      Загрузите Linux-систему (или Ubuntu Live USB), вставьте microSD, смонтируйте корневую ФС. Директории обычно под /media/username/ или /run/media/username/. Отредактируйте те же файлы, что и в загруженном методе, но с путями, префиксированными точкой (например, ./etc/hosts). После редактирования размонтируйте и безопасно извлеките карту.

5. Тестирование настройки

   Подайте питание на Pi с microSD и блоком CanaKit. Подождите пару минут загрузки. Откройте браузер на любом компьютере в сети и перейдите на https://apollo3.cs.illinois.edu/robotpi. Дашборд покажет все активные узлы Raspberry Pi: хостнейм, таймстамп, беспроводной IP.

   Проверьте связь SSH по IP из дашборда:

   ssh [email protected] 10.195.29.33
   

   Используйте дефолтный пароль raspberry, если не меняли. Для безопасного выключения: sudo shutdown now. Для немедленной перезагрузки: sudo reboot now.