Programming the Raspberry Pi

1. رزبری پای: یک کامپیوتر کوچک و قدرتمند

رزبری پای به سرعت در حال تبدیل شدن به یک پدیده جهانی است.

قابل دسترس و چندمنظوره. رزبری پای یک کامپیوتر به اندازه کارت اعتباری است که سیستم‌عامل لینوکس را اجرا می‌کند و تجربه‌ای کامل از دسکتاپ را با هزینه‌ای بسیار پایین ارائه می‌دهد. این تنها یک اسباب‌بازی نیست؛ بلکه یک کامپیوتر کاملاً کاربردی است که قادر به انجام کارهای اداری، مرور وب و حتی بازی کردن است. قیمت مناسب آن باعث می‌شود که برای طیف وسیعی از کاربران، از علاقه‌مندان تا معلمان، قابل دسترس باشد.

قدرت متن باز. ماهیت متن باز رزبری پای به کاربران این امکان را می‌دهد که کنترل کاملی بر روی سیستم داشته باشند و به این ترتیب، امکان سفارشی‌سازی و آزمایش‌های گسترده فراهم می‌شود. این یک بستر برای یادگیری، نوآوری و خلاقیت است که جامعه‌ای از سازندگان و توسعه‌دهندگان را پرورش می‌دهد. مأموریت بنیاد رزبری پای، دسترسی به محاسبات را برای همه فراهم کردن است.

فراتر از دسکتاپ. چندمنظوره بودن رزبری پای فراتر از محاسبات سنتی دسکتاپ است. می‌توان از آن به عنوان یک مرکز رسانه، کنترل‌کننده اتوماسیون خانگی یا حتی مغز یک ربات استفاده کرد. اندازه کوچک و مصرف انرژی پایین آن، آن را برای پروژه‌های جاسازی شده و دیگر کاربردهایی که استفاده از یک کامپیوتر بزرگ عملی نیست، ایده‌آل می‌سازد.

2. لینوکس: سیستم‌عامل رزبری پای

لینوکس یک سیستم‌عامل متن باز است.

جایگزین متن باز. لینوکس یک سیستم‌عامل متن باز است که یک جایگزین قدرتمند و قابل سفارشی‌سازی برای ویندوز و macOS ارائه می‌دهد. این سیستم‌عامل پایه‌ای برای سیستم‌عامل رزبری پای، یعنی Raspbian Wheezy، است که یک بستر پایدار و قابل اعتماد برای برنامه‌های مختلف فراهم می‌کند.

قدرت خط فرمان. در حالی که لینوکس دارای یک محیط دسکتاپ گرافیکی است، رابط خط فرمان (ترمینال) ابزاری قدرتمند برای مدیریت سیستم و توسعه نرم‌افزار است. این امکان را به کاربران می‌دهد که به طور مستقیم با سیستم‌عامل تعامل داشته باشند و کنترل دقیقی بر رفتار سیستم داشته باشند. دستورات کلیدی شامل:

• pwd (چاپ دایرکتوری کاری)
• ls (فهرست فایل‌ها)
• cd (تغییر دایرکتوری)
• sudo (اجرا به عنوان کاربر فوق‌العاده)
• apt-get (مدیر بسته)

سفارشی‌سازی و کنترل. لینوکس به شدت قابل سفارشی‌سازی است و به کاربران این امکان را می‌دهد که سیستم را بر اساس نیازهای خاص خود تنظیم کنند. این انعطاف‌پذیری یک مزیت کلیدی برای توسعه‌دهندگان و کاربران پیشرفته است که می‌خواهند محیط محاسباتی خود را بهینه‌سازی کنند. ماهیت متن باز لینوکس همچنین به این معنی است که جامعه‌ای بزرگ و فعال از کاربران و توسعه‌دهندگان وجود دارد که به توسعه مداوم آن کمک می‌کنند.

3. پایتون: زبان برنامه‌نویسی رزبری پای

زبانی که ما قرار است استفاده کنیم، پایتون نام دارد.

قدرت دوستانه برای مبتدیان. پایتون یک زبان برنامه‌نویسی محبوب است که به خاطر خوانایی و سهولت استفاده‌اش شناخته می‌شود و انتخابی عالی برای مبتدیان است. همچنین به اندازه کافی قدرتمند است تا برنامه‌های پیچیده‌ای از جمله بازی‌ها و رابط‌های کاربری گرافیکی ایجاد کند. نحو واضح و کتابخانه‌های گسترده پایتون آن را به ابزاری چندمنظوره برای طیف وسیعی از وظایف برنامه‌نویسی تبدیل می‌کند.

یادگیری تعاملی. شل پایتون (IDLE) یک محیط تعاملی برای آزمایش کد و یادگیری زبان فراهم می‌کند. این امکان را به کاربران می‌دهد که دستورات را اجرا کرده و نتایج را بلافاصله مشاهده کنند، که آن را به ابزاری ایده‌آل برای یادگیری و کاوش تبدیل می‌کند. مفاهیم کلیدی شامل:

• متغیرها
• حلقه‌ها (for, while)
• عبارات شرطی (if, else, elif)
• توابع

کاربردهای چندمنظوره. پایتون در طیف وسیعی از کاربردها، از توسعه وب تا تحلیل داده‌ها، استفاده می‌شود. چندمنظوره بودن و سهولت استفاده آن، آن را به انتخابی محبوب برای هم مبتدیان و هم برنامه‌نویسان با تجربه تبدیل می‌کند. پشتیبانی رزبری پای از پایتون، آن را به یک بستر ایده‌آل برای یادگیری و آزمایش با این زبان قدرتمند تبدیل می‌کند.

4. ساختارهای داده: سازماندهی اطلاعات

در برنامه‌نویسی، یک رشته دنباله‌ای از کاراکترها است که شما در برنامه‌تان استفاده می‌کنید.

رشته‌ها: داده‌های متنی. رشته‌ها دنباله‌هایی از کاراکترها هستند که برای نمایش متن در پایتون استفاده می‌شوند. آن‌ها می‌توانند با استفاده از توابع مختلفی مانند پیدا کردن طول، دسترسی به کاراکترهای فردی و پیوستن به هم، دستکاری شوند. رشته‌ها برای کار با داده‌های متنی در هر زبان برنامه‌نویسی بنیادی هستند.

لیست‌ها: مجموعه‌های مرتب. لیست‌ها مجموعه‌های مرتبی از اقلام هستند که می‌توانند از هر نوعی باشند، از جمله اعداد، رشته‌ها و حتی لیست‌های دیگر. آن‌ها قابل تغییر هستند، به این معنی که محتوای آن‌ها پس از ایجاد می‌تواند تغییر کند. عملیات کلیدی شامل:

• دسترسی به عناصر با استفاده از ایندکس
• افزودن و حذف عناصر
• مرتب‌سازی و پیوستن به لیست‌ها

دایرکتوری‌ها: جفت‌های کلید-مقدار. دایرکتوری‌ها مجموعه‌هایی از جفت‌های کلید-مقدار هستند که امکان دسترسی کارآمد به داده‌ها را بر اساس یک کلید منحصر به فرد فراهم می‌کنند. آن‌ها برای ذخیره و بازیابی داده‌ها بر اساس یک شناسایی خاص مفید هستند. دایرکتوری‌ها ابزاری قدرتمند برای سازماندهی و مدیریت داده‌ها در پایتون هستند.

5. ماژول‌ها، کلاس‌ها و متدها: بلوک‌های ساخت کد

بیشتر زبان‌های کامپیوتری مفهومی مشابه ماژول‌ها دارند که به شما امکان می‌دهد گروهی از توابع را در یک فرم مناسب برای استفاده دیگران ایجاد کنید.

ماژول‌ها: کد قابل استفاده مجدد. ماژول‌ها فایل‌هایی هستند که شامل کد پایتون هستند و می‌توان آن‌ها را در برنامه‌های دیگر وارد و استفاده کرد. آن‌ها سازماندهی و استفاده مجدد از کد را تسهیل می‌کنند و به ماژولار بودن و نگهداری آسان کمک می‌کنند. پایتون دارای یک کتابخانه استاندارد غنی از ماژول‌ها برای وظایف مختلف است.

کلاس‌ها: الگوهای اشیاء. کلاس‌ها الگوهایی برای ایجاد اشیاء هستند که نمونه‌هایی از یک کلاس هستند و داده‌ها و رفتار را در خود جای می‌دهند. آن‌ها یک مفهوم بنیادی در برنامه‌نویسی شیءگرا هستند که امکان ایجاد کد قابل استفاده مجدد و ساختارمند را فراهم می‌کنند. مفاهیم کلیدی شامل:

• کپسوله‌سازی
• وراثت

متدها: اقداماتی بر روی اشیاء. متدها توابعی هستند که به یک کلاس تعلق دارند و بر روی داده‌های یک شیء عمل می‌کنند. آن‌ها رفتار اشیاء را تعریف می‌کنند و به آن‌ها اجازه می‌دهند که با یکدیگر تعامل داشته باشند. متدها یک جزء کلیدی از برنامه‌نویسی شیءگرا هستند.

6. فایل‌ها و اینترنت: اتصال به جهان

پایتون این امکان را برای برنامه‌های شما فراهم می‌کند که به راحتی از فایل‌ها استفاده کرده و به اینترنت متصل شوند.

عملیات فایل. پایتون روش‌های ساده و موثری برای خواندن و نوشتن از فایل‌ها فراهم می‌کند. این امکان را به برنامه‌ها می‌دهد که داده‌ها را به صورت دائمی ذخیره و بازیابی کنند و این امکان را فراهم می‌کند که داده‌ها بین اجراهای برنامه حفظ شوند. عملیات کلیدی شامل:

• باز کردن فایل‌ها در حالت‌های مختلف (r, w, a)
• خواندن و نوشتن داده‌ها
• بستن فایل‌ها

دسترسی به اینترنت. پایتون می‌تواند به راحتی به صفحات وب و دیگر منابع اینترنتی با استفاده از ماژول urllib.request دسترسی پیدا کند. این امکان را به برنامه‌ها می‌دهد که داده‌ها را از وب دریافت کنند و دامنه وسیعی از کاربردها، مانند وب‌اسکرپینگ و تحلیل داده‌ها، را فعال می‌کند. توانایی پایتون برای تعامل با اینترنت، آن را به ابزاری قدرتمند برای ساخت برنامه‌های شبکه‌ای تبدیل می‌کند.

پایداری داده. فایل‌ها راهی برای ذخیره داده‌ها به صورت دائمی فراهم می‌کنند و به برنامه‌ها این امکان را می‌دهند که اطلاعات را بین اجراها ذخیره و بازیابی کنند. این برای بسیاری از برنامه‌ها که نیاز به حفظ وضعیت یا ذخیره داده‌های کاربر دارند، ضروری است. Pickling یک تکنیک برای ذخیره‌سازی ساختارهای داده پیچیده در فایل‌ها است.

7. رابط‌های کاربری گرافیکی: بصری کردن آن

این فصل به شما نشان می‌دهد که چگونه برنامه‌هایی با رابط کاربری گرافیکی مناسب (GUI) ایجاد کنید.

Tkinter: ابزارک GUI پایتون. Tkinter یک کتابخانه پایتون است که راهی ساده و چندسکویی برای ایجاد رابط‌های کاربری گرافیکی (GUI) فراهم می‌کند. این امکان را به توسعه‌دهندگان می‌دهد که برنامه‌های تعاملی با دکمه‌ها، فیلدهای متنی و دیگر عناصر بصری ایجاد کنند. Tkinter به همراه پایتون ارائه می‌شود و به راحتی در دسترس است.

ویجت‌ها: بلوک‌های ساخت GUI. Tkinter انواع مختلفی از ویجت‌ها، مانند برچسب‌ها، دکمه‌ها، فیلدهای متنی و جعبه‌های لیست، را فراهم می‌کند که می‌توان از آن‌ها برای ساخت GUI استفاده کرد. این ویجت‌ها می‌توانند با استفاده از مدیران چیدمان مختلف، مانند pack و grid، مرتب شوند. ویجت‌های کلیدی شامل:

• Label
• Button
• Entry
• Listbox
• Checkbutton
• Spinbox
• Canvas

مدیریت چیدمان. Tkinter مدیران چیدمان مختلفی برای مرتب‌سازی ویجت‌ها در یک پنجره فراهم می‌کند. مدیر چیدمان grid امکان قرار دادن دقیق ویجت‌ها در یک ساختار شبکه‌ای را فراهم می‌کند، در حالی که مدیر چیدمان pack ویجت‌ها را به شیوه‌ای انعطاف‌پذیرتر مرتب می‌کند. مدیریت مناسب چیدمان برای ایجاد GUI‌های کاربرپسند و بصری جذاب بسیار مهم است.

8. برنامه‌نویسی بازی: سرگرمی با Pygame

این فصل شما را با یک کتابخانه بسیار مفید به نام pygame آشنا می‌کند و شما را در استفاده از آن برای ساخت یک بازی ساده راهنمایی می‌کند.

Pygame: یک کتابخانه توسعه بازی. Pygame یک کتابخانه پایتون است که فرآیند ایجاد بازی‌ها را ساده می‌کند. این کتابخانه ابزارهایی برای مدیریت گرافیک، صدا و ورودی کاربر فراهم می‌کند و توسعه بازی‌های تعاملی و جذاب را آسان‌تر می‌سازد. Pygame یک انتخاب محبوب برای توسعه بازی در پایتون است.

حلقه بازی: قلب یک بازی. بازی‌ها معمولاً از یک حلقه بازی استفاده می‌کنند که به طور مداوم وضعیت بازی را به‌روزرسانی می‌کند، گرافیک را رندر می‌کند و ورودی کاربر را مدیریت می‌کند. Pygame ابزارهایی برای مدیریت حلقه بازی و اطمینان از انیمیشن‌های روان فراهم می‌کند. مفاهیم کلیدی شامل:

• مدیریت رویدادها
• رندر گرافیک
• زمان‌بندی

توسعه بازی ساده. Pygame ایجاد بازی‌های ساده، مانند بازی جمع‌آوری توت‌فرنگی توصیف شده در کتاب، را نسبتاً آسان می‌کند. این کتابخانه نقطه شروع خوبی برای یادگیری مفاهیم و تکنیک‌های توسعه بازی است. سهولت استفاده و مستندات گسترده Pygame آن را به انتخابی محبوب برای مبتدیان تبدیل می‌کند.

9. ارتباط با سخت‌افزار: اتصال به دنیای واقعی

رزبری پای دارای یک ردیف دوگانه از پین‌ها در یک سمت خود است. این پین‌ها به نام کانکتور GPIO (ورودی/خروجی عمومی) شناخته می‌شوند و به شما امکان می‌دهند سخت‌افزار الکترونیکی را به رزبری پای متصل کنید.

GPIO: ورودی/خروجی عمومی. کانکتور GPIO رزبری پای راهی برای اتصال سخت‌افزار الکترونیکی به رزبری پای فراهم می‌کند و به آن اجازه می‌دهد که با دنیای واقعی تعامل داشته باشد. این پین‌ها می‌توانند به عنوان ورودی یا خروجی پیکربندی شوند و امکان کاربردهای وسیعی را فراهم می‌کنند. پین‌های GPIO با ولتاژ 3.3V کار می‌کنند، بنابراین هنگام اتصال آن‌ها به دستگاه‌های خارجی باید احتیاط کرد.

بردهای توسعه: ساده‌سازی اتصالات. بردهای توسعه راهی راحت برای اتصال دستگاه‌های الکترونیکی به رزبری پای فراهم می‌کنند و معمولاً شامل ترمینال‌های پیچ و ویژگی‌های دیگری هستند که فرآیند را ساده می‌کنند. نمونه‌هایی شامل:

• Pi Face
• Slice of PI/O
• RaspiRobotBoard
• Gertboard

بردهای پروتوتایپ: ساخت مدارهای سفارشی. بردهای پروتوتایپ، مانند Pi Cobbler و Pi Plate، پلتفرمی برای ساخت مدارهای الکترونیکی سفارشی فراهم می‌کنند که می‌توانند به رزبری پای متصل شوند. این بردها برای پروژه‌های پیشرفته‌تر که نیاز به سخت‌افزار سفارشی دارند، مفید هستند.

10. پروتوتایپ: ساخت یک ساعت

در این فصل، ما ساعتی دیجیتال با LED که به طرز غیرمعمولی طراحی شده است، خواهیم ساخت.

کاربرد عملی مفاهیم. ساخت یک ساعت دیجیتال با استفاده از رزبری پای، یک برد بورد و یک نمایشگر LED، یک کاربرد عملی از مفاهیم یادگرفته شده در فصل‌های قبلی است. این پروژه نشان می‌دهد که چگونه می‌توان سخت‌افزار و نرم‌افزار را ترکیب کرد تا یک دستگاه کاربردی ایجاد کرد. پروژه شامل:

• اتصال نمایشگر LED به باس I2C رزبری پای
• نوشتن کد پایتون برای نمایش زمان
• افزودن یک دکمه برای تغییر حالت نمایش

ارتباط I2C. نمایشگر LED با استفاده از پروتکل سریال I2C با رزبری پای ارتباط برقرار می‌کند. این پروتکل به چندین دستگاه اجازه می‌دهد که از خطوط ارتباطی مشترک استفاده کنند و این یک ابزار مفید برای اتصال لوازم جانبی به رزبری پای است. پروژه نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از باس I2C در پایتون استفاده کرد.

ادغام سخت‌افزار و نرم‌افزار. پروژه ساعت اهمیت ادغام سخت‌افزار و نرم‌افزار را برای ایجاد یک سیستم کامل نشان می‌دهد. این پروژه نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از پایتون برای کنترل دستگاه‌های سخت‌افزاری و ایجاد یک برنامه کاربردی عملی استفاده کرد. این پروژه همچنین نقطه شروع خوبی برای پروژه‌های سخت‌افزاری پیچیده‌تر فراهم می‌کند.

11. رباتیک: ایجاد یک ربات

در این فصل، شما یاد خواهید گرفت که چگونه از رزبری پای به عنوان مغز یک ربات ساده استفاده کنید.

رزبری پای به عنوان مغز ربات. رزبری پای می‌تواند به عنوان مغز یک ربات استفاده شود و موتورها، حسگرها و دیگر دستگاه‌ها را کنترل کند. این پروژه نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از رزبری پای برای ایجاد یک ربات ساده که با یک کیبورد بی‌سیم کنترل می‌شود، استفاده کرد. پروژه شامل:

• اتصال موتورها به RaspiRobotBoard
• نوشتن کد پایتون برای کنترل موتورها
• افزودن یک حسگر فاصله برای شناسایی موانع
• نمایش اطلاعات بر روی یک صفحه LCD

کنترل موتور. RaspiRobotBoard یک کنترل‌کننده موتور فراهم می‌کند که به رزبری پای اجازه می‌دهد سرعت و جهت دو موتور را کنترل کند. این یک جزء کلیدی از پروژه ربات است. پروژه نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از پایتون برای کنترل موتورها استفاده کرد.

ادغام حسگر. این پروژه همچنین نشان می‌دهد که چگونه می‌توان حسگرها، مانند حسگر فاصله اولتراسونیک، را در یک سیستم رباتیک ادغام کرد. این امکان را به ربات می‌دهد که محیط خود را حس کند و بر اساس داده‌های حسگر تصمیم‌گیری کند. پروژه همچنین نشان می‌دهد که چگونه می‌توان داده‌های حسگر را بر روی یک صفحه LCD نمایش داد.

آخرین به‌روزرسانی:: February 1, 2025