【.NET与树莓派】上手前的一些准备工作

.NET Iot 不是什么新鲜事物，百科很强大，故老周在此也不必多介绍。现在的时代和老周当年学 QBasic 的时代不同，那时候拉根电话线上网，下载速度只有可怜的 3.5 kb/s。而且还要去店里买上网卡。上网卡用完了（计时的哟）还要再买。除了买上网卡的钱外，还要交 0.2 元/分钟的附加费（中国电信收）。

所以，你想想那时候有些什么概念、名词解释不懂的，都是往书上找，或者往图书馆跑；到了图书馆还要交 100 大洋的押金。上网成本高，速度慢，很多东西都懒得上网查。

现在不同了，小孩子们多幸福！几乎每天在线 20 小时以上。网络也基本覆盖，所以呢，名词解释之类的东西就不必像以前那么当回事了，啥时候需要，直线网上找。

老周习惯在开始之前扯些题外话，多年养成的坏习惯，打70大板也改不了，请各位莫见笑。

老周接下来计划写一系列烂文，主要讲述用.NET开发硬件控制方面的东东（其实这个挺好玩的，上大学的时候居然没有机会玩，可惜了，不然泡几打小学妹不成问题）。当然了，要在板子上跑.NET 程序，对开发板是有要求的——起码无操作系统的板子就没办法了。有操作系统的板子里面，名气较大的当数树莓派了。

树莓派以前在书上看过，但不流行网购的年代，去实体店根本买不到（也不知道上什么类型的店买）。所以，一直没机会去体验一下。之后就放一边了，也没去想了。但若干年后回头想想，还是要玩一下的，不然这码农生涯就不专业，不完美了。于是，模糊地记得在 201x 年从二手平台买了一块，也不知道是几代（肯定不是3、4代）的，买回来只是装了系统耍了两下。然后……说起来丢人，吃灰了。

疫情快一周年了，相信各位都记得 2020 年那个春节的，反正我是觉得比当年“非典”时还恐怖。当初“非典”横行时，我们还正常上学上课，只是个别工厂没开工，也没戴口罩，最多就是用消毒粉洗洗地。也许是当年信息滞后的原因吧。

于是就宅在家里搞破坏，就想着把一些电器（尤其是一些什么智能台灯、DVD机的）自己改装一下，能不能弄成像小时候在奥特曼里面看到的那些高大上设备，可以远程控制，还可以用手招呼一下就能控制家里的东西——大概就是现在所谓的“智能家居”吧。看着别人演示总觉得不够意思，自己弄出来的才有成就感，就算弄成了人工智障也不要紧，重点是自己亲自体验过。

最初的思想火花就是想用无线网络来控制各种遥控器，想想在家里放几个红外发射器，然后树莓派上运行个Web服务器，这样各种客户端只要开个浏览器就可以控制红外发射器，家里的电视、盒子、风扇、电灯、红外摄像头就可以集成在一块了。遥控的键码可以用红外接收模块记录，然后存入数据库。用的时候从数据库里提。

头脑一发热，做事就迅速。在某宝买了一块 Raspberry Pi4 B型。买回来一看，哇，your god，还是 1.4 版本，挺新鲜的。

其实嘛，那个最初的想法并没有完全实现，仅仅控制了两台DVD和一个“芒果云”智能盒子而已。

好，又扯多了。本篇作为这一系列的开头，咱们不写代码，老周简单说说要准备些什么工具和装备。

一、软套装

软件方面，很简单。

1、开发工具。我们熟悉的 Visual Studio，或者 VS Code都行。

2、开发机。这个嘛，还是在电脑上写代码的好，树莓派那点配置还是挺弱的。

3、树莓派上的系统。这个还是用官方的系统好一点。这里老周说一个事，官方系统有个轻量级版本（Lite），就是带 Linux 核心功能，没有桌面部分，也没有带附加软件，纯命令控制。这个版本其实很好，但是总出现一个现象——开机不会自动连接无线网（配置了也没用），或者一直提示正在搜索网络。但是，安装带桌面的版本就没有这个问题。这个问题一直存在，目前不知原因。

二、树莓派开发板必备件

买板子时，你需要买一张 Micrio SD 卡，就是你手机用的内存卡。老周建议 32 G吧，16和32的价格差不多的，所以不如直接上32。如果你有很多内存卡，那就不用买了。有些某宝店卖的杂牌卡，还宣称树莓派专用，其实压根不必要。老周做过测试，用了几个世纪的金士顿（从行车记录仪上拔下来的）和闪迪（手机和电视盒子上都用），写入系统后正常运行，而且速度还不错。总之，随便即可。

写入系统镜像是在电脑上进行（多数情况下是这样的）的，所以，读卡器要有，或者如果你有带内存卡口的 USB Hub 也行。这个老周建议买好的，质量太差的真的用出一大堆问题来。老周家里的各种集线器、转换线都是绿联的，不是做广告，真的好用。记得前两年，买了个外置光驱，那种 0.8 元包邮的数据线老是识别不了光驱，识别出来了，读碟时经常断。我曾怀疑过光驱，但用戴尔笔记本拆出来的光驱测试也是不行。最后买了一根绿联的线。即插即识别，而且不断线。真的，一分价钱一分货。

关于电源，树莓派的供电口好像每一代都不太一样，我买的 4 代是 C 口。原装电源挺贵的，可以买其他的，5V / 3A 即可。另外，还有两种选择：

1、充电宝。新款都能输出最大 3A 的。

2、带外部供电的 USB Hub。比如这种。

 号称工业级的，能正常供电，它带12V/4A的外部电源，输出口是5V。无外部电源的 USB Hub 带不动。

3、干电池 + 电池盒。这种不怎么好用，干电池电量减小后电压会跟着降的，很容易挂。

4、可调电源。就是可以调节电压的电源，这个除非你舍得买贵的，便宜的不怎么好用。老周买过便宜的，被它电过两次。

实际使用测试，5V/2A、5V/1A的供电也能让树莓派正常运行。总的来说，电流大小由负载决定，重点是电压，要选5V的。电压太高的话可能会导致树莓派升级为“烟雾”版。

三、其他装备

1、面包板。接线多了这个方便。

2、杜邦线。这个肯定要的了，至少买多长，自己看着办，实验的实，10-20 CM 可以了。

3、盒子。这个是可选的，就是给树莓派加个盒子，一来起保护作用，二来可以散热（塑料的估计散不了热，要贴散热片）。老周买的盒子是金属的，还不错，CPU 一直在36度左右。

4、网线。老周直接拿买路由器时送的线用，简单快捷。虽然树莓派有无线网卡，但有线网卡更快，用网线直接连到电脑的网线接口上，在电脑上用 SSH 登系统比较快。

5、“T”形扩展板。因为我把树莓派装进盒子里，接线就不方便了，所以买块T形板，把 40 个引脚引出来，扣在面包板上，接线就方便多了。

上面的图是盗来的，出处不明。接的时候注意方向要一致，不要弄反了。

6、电子放大镜。电子模块比较小，视力不好的话不太好操作。有些地方就算视力好也不好对付。可以买个电子放大镜，带LED灯可以照明。USB与电脑连接，用法和外置摄像头一样，用 Win10 自带的相机就行。不用买太强大的，能放大、有灯就行，一般 50 块大洋左右。

7、万用表。这个不是必要，但可以有。测电压电阻很有用。

8、灭火器。这个嘛，有些教程上会提到，不过老周觉得没那么严重吧，一般操作也烧不起来。

9、消除静电刷。这个老周觉得是可选的，释放身上的静电有个方法很简单，把你自己接地就行，两只手在墙上或者地上按一下就行。不过，老周家里有现成的消静电工具，本来是用在黑胶唱片上的。这个你用过留声机就知道，静电太多的话，播放唱片时会炒豆响。而且老周的唱机有问题，安装唱针的电路不太好，静电多了功放会放不出来，断断续续。如果你怕静电会伤害树莓派和电子模块，可以某宝弄一个刷子，接触设备前在手上刷几下。

四、其他开发板

树莓派算是比较高级的板，它有操作系统，很多时候也可以用树莓派来控制其他板子，尤其用到模块较多的时候，总不能全都接到树莓派上吧。此时就可以考虑把一部分工作分给其他开发板去完成，树莓派作为主控中心，指挥其他板子工作。

比如下面这个板子也不错，意大利原装进口。100 多大洋吧，比树莓派便宜。其实这些在他们国家也不算贵，但兑成 RMB 就贵了点。

你要是觉得上面的板子贵，那下面这两个就便宜，十几大洋一块。

当然了，还是那句话，一分价钱一分货。以上两款是国产的，也不知道哪个厂商，反正某宝上大把。注意这些非原装的板子，在连接电脑时要手动安装驱动，网上可以找 CH34x 芯片的驱动，一般是 CH340 和 CH341。一个版本不行的话，可以多试几个，非官方的版本装驱动是头疼一点的。原装主板的话 Win 10 能自动识别。

这种便宜版本不太稳定，经常会出现上传程序失败的情况，而且焊接的引脚有的会摇摇晃晃，有的引脚是弯的，不是很好用，但也能用。老周买了两块 Nano 板，有一块做成温度计，挂在家里长期使用。另一块会严重发热，烫手的，原因不明。

Arduino 的板子不像树莓派，不能装系统；树莓派是一台完整的计算机，只是相对一般电脑来说，性能还是有差距的（任凭官方怎么宣传，但实际情况是如此）。所以，树莓派上你可以用.NET（C#/VB.NET），可以用 Go，用 Python，或者直接C++；而 Arduino 上用的其实就是C++语言。

关于开发板之间的通信，你可以有以下选择：

1、有线连接，使用串口通信（交叉连接 TX，RX 引脚）。这个方案不错，也好摆弄，跟读写文本文件差不多。

2、有线连接，使用 IIC/I2C、SPI 等标准协议。让树莓派作为主机，其他板子作从机。树莓派可以指手画脚来命令其他板子干活。就相当于树莓派是主子，其他板子是打工的。树莓派：“小顺子，帮我测测水压”，板子A：“Yes, sir”。

3、无线串口，比如 ESP8266 系列，方法和一般串口差不多，只是它可以无线传输，能实现透传。

4、自己设计的协议。设备之间通过高低电平，以及持续的时间，可以组合出许多通信规则。所以，这个协议你完全可以自己设计。比如，板子B发送一个字节给树莓派，可以约定：每个二进制位以低电平开始，并持续50微秒；50微秒后，如果还保持低电平，说明是0；如果把电平拉高，说明是1；接着把电平拉低再拉高100微秒，表示一位发送完毕。如此反复 8 次，一个字节就搞定了。

五、写系统镜像

这个教程就很多了。

不过，老周补充一些内容。

1、SD卡其实不用格式化的，实际测试没任何问题。在写系统镜像前，可以用 Windows 自带的“磁盘管理工具”把 SD 卡的分区（或卷）删除，打开 Win32DiskImager 后直接选 SD 那盘就行了，这个软件它能自动识别出可移动设备，你的硬盘分区不会出现在选择列表中。

2、设置固定 IP，这个主要是指用网线和电脑连接时用。你不设置固定IP的话，每次启动树莓派的IP地址都不同，那连接起来就很蛋痒。网上有许多教程，你跟着教程改 .conf 文件就好。不过，老周介绍一种特简单的方法，下面说明一下。

当你成功写入系统镜像后，你会看到有两个分区，如下图所示。

 比如我这里，一个卷标为 boot 的F区，一个是G区。这个G区是 Windows 不能识别的文件系统，每次连接时，Windows 都会提示你格式化，你千万千万不要格式化，你忽略提示就行。

打开 boot 分区，里面有很多玩具，其中有两个玩具是.txt 文件，可以直接打开。最好用 NotePad++ 之类的工具来编辑。主要是因为 Windows 的换行符是带回车符的，Linux 下不使用。

config.txt 是用来配置树莓派开启哪些设置/功能的，比如启用 i2c，启用 1-Wire（双向单总线）等。这个文件你可以不改，在登录系统后可以通过系统命令修改——raspi-config。有的教程会告诉你关掉蓝牙，因为主控的串口模块分给了蓝牙，而TX、RX引脚用的是微控制器中的芯片（次要），因此要调过来。这个其实影响不是很大，除非你有更严格的效率要求。当然，不一定要关闭蓝牙的，你可以在 config.txt 文件中加上这一行，这样既可以把两个串口控制器调换，也不必禁用蓝牙。

dtoverlay=miniuart-bt, krnbt=on

这些配置的详细说明在 /boot/overlays/README 文件里面，你闲着的时候可以去瞄几眼。

下面重点来了，另一个文本文件是 cmdline.txt，它用来存一些命令，这些命令在系统启动时会执行，每个命令用空格分隔。打开 cmdline.txt 文件，在文件的最前面加上 ip=192.168.11.25，等号后面的就是你要用的静态IP地址，具体什么地址你自己决定。

ip=192.168.11.25 console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=2e9f1d8c-02 ……

这个是不是比修改 .conf 文件简单？而且设置的还是全局的IP地址。

最后，你记得在 boot 分区的根目录下建一个空白文件，什么文件类型都无所谓，反正是空的，文件名为 SSH，无扩展名，这样当系统初始化后就会启用SSH功能，你才能在无显示器无键盘无鼠标的情况下通过一根网线登录树莓派。

Windows 10 自带有 ssh 工具，你不用到处找工具。打开命令行提示符窗口，输入：

ssh [email protected]

其中，pi 是用户名，这是系统默认的用户名，默认密码是 raspberry。登入系统后改不改密码也无所谓，反正都是你自己用。如果你拿到外面用，或者别人有可能访问到你的树莓派，那就要改密码了，干脆连用户名、主机名也改掉。

Win 10 上如果第一次连某台 Linux 主机，会问你一串XX，你看不懂这串XX不要紧，输入 yes，然后回车就是了；如果发生错误，那就到 C:\Users\<你的用户名>\.ssh 目录下，把里面的 known_hosts 文件灭了（里面放的是与主机绑定的密钥）。接着重新 ssh 连接就好了。

六、购买模块/传感器

如果你买树莓派只是为了当 Web 服务器或者学习 Linux 系统，那不必花钱去买各种电子模块。可是，老周觉得，买块开发板来学Linux，是不是有点太过分了，这边建议你挂闲鱼上打三折给我吧。既然是开发板，当然得玩玩硬件了，不然你对不起这几百块大洋（我买的2G内存 268 元，4G/8G更贵）。

至于买哪些模块，哪些传感器，那就你自己喜欢了。

1、控制按钮类。可以买轻触开关、触摸开关、热敏开关、光敏开关、声控开关等；

2、传感器类。如 MPU 6050（三轴加速计，陀螺仪，这个有点复杂）、PAJ7620（手势感应）、DHT11（温度/湿度检测，这个简单一些）、DS18B20（温度检测，1-wire协议，这个在树莓派中可以直接以文件方式访问，用起来也简单）。很多传感器都使用了 IIC 协议（i2c），不过你不必自己去模拟，.NET有相关的 Nuget 包。

3、电机。舵机比较好玩，它可以控制旋转的角度，你可以用来做机械手。

4、发光二极管，LED小灯。记得顺便买200 - 250 Ω 的电阻，这个范围的阻值已经够了。老周做过实验，发光二极管在电流达到 18mA 时基本全亮。树莓派输出的电流最大 50 mA（说明书上是这样说的），单个引脚的输出电流应该没这么高。所以，如果你胆子大的话，你可以在接 LED 小灯时不串联电阻，直接裸奔多爽。其实二极管烧不了的，老周用 80mA 的电流点了一晚上都没烧。为了验证网上的说法，老周特意烧了两个灯，一个白的，一个红的。

白灯在电流增到 280 mA 后才烧的，红灯在 250 mA 左右就炸了。电流增到 190 mA 的时候，灯会闪，而且迅速发热，还会发出 Zi zi zi 的美妙声响。这么算下来。串联 200 欧姆的电阻或者裸奔完全没问题。

GPIO 引脚高电平（电压）一般是 3.3 V，二极管工作在 2 到 2.2 V间，电流 18 - 23 mA 之间（估计的，不同颜色的灯电流不一样）。我们姑且当电流是 20 mA，算一下

( 3.3 - 2.0 ) / 0.02

算得结果是 65 Ω，所以说 200 Ω 足够安全了。

5、超声波测距模块（比如HC-SR04模块）。想做玩具车的话，这个好用，比激光测距的好。根据老周自己做的实验，超声波能测到 5 米远，2-4 米范围应该准确一点。这个只是实验数据，没有代表性，你自己也可以试试，看能测多远。

上面只是列了几个，这些模块很多，没办法全列出来。

买这些模块的时候，老周建议不要一次性全买，可以分开买，或几个几个地买，这样做虽然收快递麻烦，但相对划算，哪家便宜买哪家。不过呢，常用的快递也就那几个“通”，如果多个快递同时到，可以一起收。有时候，同样的模块，有的店卖得特贵，如果你一大堆一起买，显然有些模块你会买贵了的。

七、树莓派的引脚

虽说有 40 个脚，但你能用的 28 个。关于这引脚次序怎么数，你可不要数反了，数反了容易接错，弄不好会烧电路。把引脚面向你，开发板的USB口向下，从左到右从上到下地数。看看这张图。

 或者看这张。

树莓派数据手册可以从这里下载：用力点击

你数数看，两个3.3V，两个5V，八个 GND（电源负），这里就占了 12 个脚了，能用于数据 IO 的引脚就剩 28 个，包括专用的串口通信，IIC，SPI这几类专门用途的引脚。标注 GPIO XX 的一般可以随你用。当然了，通过修改引脚重用配置也可以稍稍扩展几个口。

引脚重用（或者叫复用）是用一个叫 ALT 的数值来表示的，数据手册上都有。或者，你还可以看这个：https://pinout.xyz/，这上面对每个引脚的功能都有介绍。

举个例子，GPIO 12，在板子上是第 32 号引脚（右排从下往上，倒数第5个，在GND上方）。

 我们看到，它的 ALT 0 属性是 PWM0，即第一路 PWM 输出（实际上只有两路，虽然有四个PWM引脚，两个PWM0是相通的，两个PWM1也是相通的，相通的引脚输出参数相同；另外两个是 GPIO 18 和 19，但要手动修改ALT）。表示 12 号GPIO默认作为PWM输出（前提是要开启这个功能，都在 config.txt 文件中修改），如果把 12 脚的 ALT改成 ALT1，那它的功能就是SD4（用来通过引脚读写SD卡，这个不知道怎么用）。

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好了，暂时就介绍这么多。这些烂文老周都是每天写一点，然后拼出来的，有时候一篇要写一星期。没有足够的时间一口气写完，只能这样做。