Aprender Raspberry Pi 4 con 100 ejercicios prácticos

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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.

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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.

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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.

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Instalación de la placa Raspberry Pi Zero y Zero W

IMPORTANTE

Con frecuencia, la Raspberry Pi Zero se vende con un paquete de accesorios para dotar a nuestra placa de conectividad, aunque muchas veces sean más caros que la placa misma. No obstante, será muy recomendable adquirirlos si se tiene la posibilidad, ya que nos solucionarán potenciales problemas.

IMPORTANTE

El USB OTG (USB On-The-Go) es una extensión de la norma USB 2.0 que nos permitirá mayor flexibilidad en la interconexión de dispositivos, ya que permitirá cambiar los roles de maestro y esclavo entre los dispositivos conectados.

Una de las últimas novedades de la Fundación Raspberry es la placa de