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Raspberry Pi programmieren mit Python

by Michael Weigend

May 2016

Intermediate to advanced

404 pages

10h 10m

German

mitp Verlag

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1.1 Was ist Python?1.2 Python-Versionen1.3 IDLE1.3.1 Die Python-Shell1.3.2 Hotkeys1.4 Die Python-Shell als Taschenrechner1.4.1 Operatoren und Terme1.4.2 Zahlen1.4.3 Mathematische Funktionen1.5 Hilfe1.6 Namen und Zuweisungen1.6.1 Zuweisungen für mehrere Variablen1.6.2 Rechnen mit Variablen in der Shell1.6.3 Syntaxregeln für Bezeichner1.6.4 Neue Namen für Funktionen und andere Objekte1.6.5 Erweiterte Zuweisungen1.7 Mit Python-Befehlen Geräte steuern1.7.1 Projekt: Eine LED ein- und ausschalten1.7.2 Das Modul RPI.GPIO1.7.3 Steuern mit Relais1.7.4 Projekt: Eine Taschenlampe an- und ausschalten1.8 Aufgaben1.9 Lösungen
2.1 Ein Skript mit IDLE erstellen2.1.1 Ein neues Projekt starten2.1.2 Programmtext eingeben2.1.3 Das Skript ausführen2.1.4 Shortcuts2.2 Programme ausführen2.2.1 Programm in der Konsole starten2.2.2 Anklicken des Programmicons im File-Manager2.3 Interaktive Programme – das EVA-Prinzip2.3.1 Format mit Bedeutung – Aufbau eines Python-Programmtextes2.3.2 Eingabe – die input()-Funktion2.3.3 Verarbeitung – Umwandeln von Datentypen und Rechnen2.3.4 Ausgabe – die print()-Funktion2.4 Programmverzweigungen2.4.1 Einfache Bedingungen2.4.2 Wie erkennt man eine gute Melone? Zusammengesetzte Bedingungen2.4.3 Einseitige Verzweigungen und Programmblöcke2.4.4 Haben Sie Ihr Idealgewicht?2.4.5 Eine Besonderheit von Python: Wahrheitswerte für Objekte2.5 Bedingte Wiederholung – die while-Anweisung2.5.1 Projekt: Zahlenraten2.5.2 Have a break! Abbruch einer Schleife2.6 Projekte mit dem GPIO2.6.1 Blinklicht2.6.2 Schalter2.6.3 Zähler2.6.4 Grundzustände festlegen und Flankensteuerung2.7 Projekt: Eine Alarmanlage2.7.1 Aufbau und Arbeitsweise der Alarmanlage2.7.2 Programmierung2.8 Aufgaben2.9 Lösungen
3.1 Die Typhierarchie3.2 Gemeinsame Operationen für Kollektionen3.3 Kollektionen in Bedingungen3.3.1 Projekt: Kundenberatung3.3.2 Projekt: Sichere Kommunikation3.4 Iteration – die for-Anweisung3.4.1 Verwendung von break3.5 Sequenzen3.5.1 Konkatenation und Vervielfältigung3.5.2 Direkter Zugriff auf Elemente – Indizierung3.5.3 Slicing3.5.4 Projekt: Lesbare Zufallspasswörter3.6 Tupel3.7 Zeichenketten (Strings)3.7.1 Strings durch Bytestrings codieren3.7.2 Der Formatierungsoperator %3.8 Listen3.8.1 Listen sind Objekte und empfangen Botschaften3.8.2 Klasse, Typ und Instanz3.8.3 Kopie oder Alias?3.8.4 Listenoperationen3.8.5 Projekt: Zufallsnamen3.8.6 Projekt: Telefonliste3.8.7 Listen durch Comprehensions erzeugen3.9 Zahlen in einer Folge – range()-Funktion3.10 Projekt: Klopfzeichen3.11 Mengen3.11.1 Projekt: Häufigkeit von Buchstaben in einem Text3.12 Projekt: Zufallssounds3.12.1 Wie kommen Töne aus dem Raspberry Pi?3.12.2 Sounds mit PyGame3.12.3 Programmierung3.13 Dictionaries3.13.1 Operationen für Dictionaries3.13.2 Projekt: Morsen3.14 Projekt: Der kürzeste Weg zum Ziel3.15 Aufgaben3.16 Lösungen
4.1 Aufruf von Funktionen4.1.1 Unterschiedliche Anzahl von Argumenten4.1.2 Positionsargumente und Schlüsselwort-Argumente4.1.3 Für Experten: Funktionen als Argumente4.2 Definition von Funktionen4.3 Funktionen in der IDLE-Shell testen4.4 Docstrings4.5 Veränderliche und unveränderliche Objekte als Parameter4.6 Voreingestellte Parameterwerte4.7 Beliebige Anzahl von Parametern4.8 Die return-Anweisung unter der Lupe4.9 Mehr Sicherheit! Vorbedingungen testen4.10 Namensräume: Global und lokal4.11 Rekursive Funktionen – die Hohe Schule der Algorithmik4.11.1 Projekt: Rekursive Summe4.11.2 Projekt: Quicksort4.12 Experimente zur Rekursion mit der Turtle-Grafik4.12.1 Turtle-Befehle im interaktiven Modus4.12.2 Projekt: Eine rekursive Spirale aus Quadraten4.12.3 Projekt: Pythagorasbaum4.12.4 Projekt: Eine Koch-Schneeflocke 4.13 Projekt: Der Sierpinski-Teppich4.14 Funktionen per Knopfdruck aufrufen: Callback-Funktionen4.14.1 Projekt: Digitaler Türgong4.14.2 Projekt: Verkehrszählungen– Zählen mit mehreren Knöpfen4.15 Aufgaben4.16 Lösungen
5.1 Wie macht man eine Benutzungsoberfläche?5.2 Projekt: Die digitale Lostrommel5.2.1 Die Gestaltung der Widgets5.2.2 Das Layout-Management5.3 Bilder auf Widgets5.3.1 Projekt: Ein visueller Zufallsgenerator5.3.2 Bilder verarbeiten5.3.3 Projekt: Schwarzweißmalerei5.4 Projekt: Der Krimiautomat5.4.1 Texteingabe5.4.2 Programmierung5.5 Wer die Wahl hat, hat die Qual: Checkbutton und Radiobutton5.5.1 Projekt: Automatische Urlaubsgrüße 5.5.2 Projekt: Digitaler Glückskeks5.6 Viele Widgets schnell platziert: Das Grid-Layout5.6.1 Projekt: Rechenquiz5.7 Projekt: Farbmixer5.8 Projekt: Editor mit Pulldown-Menüs5.8.1 Aufbau einer Menüstruktur5.8.2 Programmierung5.9 Aufgaben5.10 Lösungen
6.1 Dateien6.1.1 Daten speichern6.1.2 Daten laden6.2 Ein Blick hinter die Kulissen: Die SD-Karte6.3 Datenstrukturen haltbar machen mit pickle6.4 Versuch und Irrtum – Mehr Zuverlässigkeit durch try-Anweisungen6.5 Projekt: Karteikasten6.5.1 Der Editor6.5.2 Der Presenter6.6 Benutzungsoberfläche zum Laden und Speichern6.6.1 Dialogboxen6.6.2 Erweiterung des Editors für Karteikarten6.6.3 Erweiterung des Presenters6.7 Daten aus dem Internet6.8 Projekt: Goethe oder Schiller?6.8.1 Methoden der String-Objekte6.8.2 Programmierung6.9 Daten finden mit regulären Ausdrücken6.9.1 Reguläre Ausdrücke6.9.2 Die Funktion findall()6.9.3 Projekt: Staumelder6.9.4 Programmierung6.10 Aufgaben6.11 Lösungen
7.1 Projekt: Fünf Sekunden stoppen und gewinnen7.2 Datum und Zeit im Überblick7.3 Projekt: Digitaluhr7.3.1 Woher bekommt der RPi die Zeit?7.3.2 Was ist ein Prozess?7.3.3 Vollbildmodus7.3.4 Event-Verarbeitung7.3.5 Autostart7.4 Projekt: Ein digitaler Bilderrahmen7.4.1 Zugriff auf das Dateisystem: Das Modul os7.4.2 Python Imaging Library (PIL)7.4.3 Die Programmierung7.5 Projekt: Wahrnehmungstest7.5.1 Die Programmierung7.6 Projekt: Stoppuhr mit Gong7.7 Aufgaben7.8 Lösungen
8.1 Überall Objekte8.2 Klassen und Vererbung bei Python8.2.1 Einführendes Beispiel: Alphabet8.2.2 Qualitätsmerkmal Änderbarkeit8.2.3 Vererbung8.3 Pong revisited8.3.1 Bau eines Fußschalters8.3.2 Die Klasse Canvas8.3.3 Die Programmierung8.4 Renn, Lola renn!8.4.1 Vorbereitung8.4.2 Struktur des Programms8.4.3 Background8.4.4 Switch8.4.5 Display8.4.6 Clock8.4.7 Die Klasse Runner8.4.8 Controller8.4.9 Module8.5 Aufgaben8.6 Lösungen

9.1 Was ist ein digitaler Temperatursensor?9.2 Den DS1820 anschließen9.3 Temperaturdaten lesen9.3.1 Temperaturdaten eines Sensors automatisch auswerten9.4 Projekt: Ein digitales Thermometer mit mehreren Sensoren9.4.1 Ein Modul für die Messwerterfassung9.4.2 Die grafische Oberfläche9.4.3 Temperaturdaten per E-Mail senden9.5 Projekt: Ein Temperaturplotter9.5.1 Temperatur-Zeitdiagramme9.5.2 Programmierung9.6 Projekt: Mobile Datenerfassung9.6.1 Experimente mit mobiler Temperaturerfassung9.6.2 Programmierung9.6.3 Wiedergabe der Daten9.7 Spannung messen9.7.1 Das SPI-Protokoll9.7.2 Bitverarbeitung9.7.3 Programmierung9.8 Aufgaben9.9 Lösungen
10.1 Das Kameramodul anschließen10.2 Die Kamerasoftware10.2.1 Einzelbilder10.3 Projekt: Kameraoptionen testen10.4 Projekt: Überwachungskamera – Livebild auf dem Bildschirm10.5 Projekt: Bewegung erfassen10.6 Projekt: Gerichtete Bewegungen erfassen10.6.1 Files verarbeiten mit subprocess und io10.6.2 Die Programmierung10.7 Projekt: Birnen oder Tomaten?10.7.1 Magische Methoden – das Überladen von Operatoren10.7.2 Programmierung10.7.3 Weiterentwicklungen10.8 Das Modul picamera10.8.1 Die Klasse PiCamera10.8.2 Projekt: Einen Film aufnehmen10.8.3 Projekt: Fotos per E-Mail verschicken10.9 Was ist los am Autobahnkreuz? Bilder einer Webcam auswerten10.9.1 Webcams im Internet anzapfen10.9.2 Auf einem Foto zeichnen – das Modul ImageDraw10.9.3 Projekt: Verkehrsdichte auf der Autobahn10.10 Randbemerkung: Was darf man? Was soll man?10.11 Aufgabe10.12 Lösung
11.1 Der RPi im lokalen Netz11.1.1 WLAN11.1.2 Eine dauerhafte IP-Adresse für den RPi11.1.3 Über SSH auf dem RPi arbeiten11.2 Ein Webserver11.2.1 Der Apache Webserver11.2.2 Ein Webserver mit Python11.2.3 Den Server starten11.2.4 Die Startseite11.2.5 Den Server testen11.3 Was ist los im Gartenteich?11.3.1 Projekt: Einfache Webcam mit statischer Webseite11.3.2 CGI-Skripte11.3.3 CGI-Skripte für den Apache-Server11.3.4 Hilfe, mein CGI-Skript läuft nicht!11.3.5 Interaktive Webseiten11.3.6 Eingabekomponenten in einem HTML-Formular11.3.7 Verarbeitung von Eingaben in einem CGI-Skript11.3.8 Zugriff aus der Ferne11.4 Geräte über das Internet steuern11.4.1 Privilegierte Rechte für ein CGI-Skript11.4.2 Programmierung11.5 Datenbanken11.5.1 Das Modul sqlite311.5.2 Projekt: Freies Obst11.6 Aufgaben11.7 Lösungen
A.1 Hardware-AusstattungA.2 Das Betriebssystem installierenA.2.1 Download der Software A.2.2 Die SD-Karte formatierenA.3 Den Raspberry Pi das erste Mal starten und konfigurierenA.4 Die grafische Oberflächevon Raspbian
B.1 Der GPIOB.2 Ein Flachbandkabel mit Pfostenverbindern

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Anhang D: So entstand das Titelbild

Eine Besonderheit dieses Buches ist, dass das Titelbild mit einem Python-Programm erstellt wurde. Mit diesem Programm wurde ein Foto des Raspberry-Pi im PPM-Format geladen und dann bearbeitet. In den Feldern am oberen Rand der Benutzungsoberfläche kann man die Farben durch Anklicken ändern. Es wird dann eine neue Zufallsfarbe ausgewählt. Man klickt so lange, bis man mit den Farben zufrieden ist. Wenn die Schaltfläche Bild bearbeiten angeklickt wird, passiert Folgendes: Alle Pixel werden einer von vier Helligkeitsstufen zugeordnet und dann mit einer der vier Farben eingefärbt.