树莓派Python编程指南

内容简介

Linux极客撰写，系统且深入地阐释了使用树莓派学习Python软件开发游戏、多媒体等的工具、方法、原则和实践。对各种Python常见开发问题进行深入分析，包含大量实践案例，可操作性强，能为用户使用树莓派编写Python程序提供有效指导。本书共12章。第1~3章深入介绍如何在树莓派上使用Python，为学习后面的章节打下基础。第4章介绍使用Qt工具包开发图形用户界面。第5章介绍在Python中创建游戏。第6章介绍如何利用GPU来使用OpenGL创建3D场景。第7章如何从网页上抓取信息或使用树莓派为全世界提供内容和服务。第8章介绍使用Python在树莓派中构建自己的游戏世界。第9章使用Python在树莓派中构建自己的多媒体中心。第10章介绍使用Python在树莓派中构建Linux脚本。第11章介绍使用Python编程树莓派的GPIO。第12章介绍使用Python在树莓派中测试与调试程序。

目录

前言
致谢
第1章　起航（启动和运行） 1
1.1　组装好你的树莓派 1
1.2　可能遇到的问题 2
1.3　树莓派快速指南 3
1.3.1　使用LXDE（轻量级X11桌面环境） 3
1.3.2　使用终端 4
1.3.3　通过Raspi-Config改变配置 6
1.3.4　安装软件 6
1.4　Python3 6
1.4.1　Python解释器 7
1.4.2　运行Python程序 7
1.5　小结 8
第2章　Python简介 9
2.1　使用Turtles绘画 9
2.1.1　使用循环 12
2.1.2　条件处理：if、elif和else 14
2.1.3　使用函数和方法组织代码 15
2.2　一个Python游戏：猫和老鼠 16
2.2.1　理解变量 19
2.2.2　定义函数 19
2.2.3　在游戏中循环 19
2.3　小结 20
第3章　Python基础 22
3.1　变量、值和类型 22
3.1.1　值和类型 23
3.1.2　数字排序 24
3.1.3　使用Strings保存文字 25
3.1.4　布尔值：真或假 25
3.1.5　数据类型转换 26
3.1.6　知识测试 26
3.2　在结构体中存储值 27
3.2.1　字典和集合中的非序列元素 30
3.2.2　知识测试 31
3.3　控制程序流程 32
3.3.1　用循环遍历数据 32
3.3.2　深入理解循环嵌套 33
3.3.3　使用if语句控制程序分支 34
3.3.4　捕获异常 35
3.4　使用函数复用代码 36
3.5　组合装配 38
3.6　使用类来构建对象 40
3.7　使用模块获得附加特性 45
3.8　小结 46
3.9　习题答案 47
第4章　图形编程 48
4.1　图形用户界面（GUI）编程 48
4.2　添加控制 50
4.3　创建Web浏览器 52
4.4　添加窗口菜单 60
4.5　小结 62
4.6　习题答案 62
第5章　搭建游戏 65
5.1　构建游戏 66
5.2　初始化PyGame 69
5.3　为角色创建世界 73
5.3.1　检测冲突 74
5.3.2　左右移动 76
5.3.3　达到目标 78
5.3.4　制造挑战 79
5.4　在游戏中加入自己的风格 83
5.5　添加音乐 83
5.6　添加布景 84
5.7　让游戏更上一层楼 87
5.8　逼真的游戏物理 87
5.9　小结 91
第6章　使用OpenGL创建图形 92
6.1　获取模块 93
6.2　创建旋转立方体 93
6.2.1　向量和矩阵 95
6.2.2　组合包装 98
6.2.3　增加光照 101
6.3　让屏幕起舞 107
6.3.1　建立3D模型 109
6.3.2　计算声音强度 110
6.4　继续完善 115
6.5　添加纹理 115
6.6　小结 116
第7章　Python与网络 117
7.1　理解主机、端口和套接字 117
7.1.1　使用IP地址定位计算机 117
7.1.2　搭建会话服务器 118
7.1.3　“推”向世界 121
7.1.4　使用JSON做天气预报 123
7.2　知识测验 125
7.3　走向网站 125
7.3.1　让网站动起来（动态网站） 127
7.3.2　使用模板 128
7.3.3　使用表格回传数据 129
7.4　安全 131
7.5　小结 134
7.6　习题答案 134
第8章　我的世界 137
8.1　畅游我的世界 138
8.1.1　控制我的世界 138
8.1.2　用Python创建我的世界 139
8.1.3　深入探索 142
8.2　制作贪吃蛇游戏 142
8.2.1　移动贪吃蛇 146
8.2.2　增长贪吃蛇 146
8.2.3　添加苹果 146
8.3　深入探索 147
8.4　小结 148
第9章　多媒体 149
9.1　使用PyAudio让计算机发声 149
9.1.1　录音 151
9.1.2　向树莓派讲话 151
9.1.3　向程序提问 152
9.1.4　组合包装 153
9.1.5　深入探索 155
9.2　制作电影 155
9.2.1　使用USB网络摄像头 155
9.2.2　使用OpenCV添加计算

摘要与插图

第1章
起航（启动和运行）
欢迎阅读本书。本书从三维图像、游戏编程到控制电子学，再到推文，会让你学到如何解放这个小计算机的全部能量。你将会看到掩藏在表象之下的内部世界，并学会如何创建程序以发挥这台小计算机的全部特性。
1.1　组装好你的树莓派
为跟进本书，你需要一些设备：
树莓派
USB键盘
USB鼠标
SD卡
显示器
电源
还有一些有用的可选设备：
有源USB集线器（强烈）
摄像头模块
USB网络摄像头
USB 无线网络（WiFi）适配器
本书中的所有内容都可以在A版树莓派上完成。从编程角度而言，B版树莓派的强大之处在于多了个网络接口。这个接口在你需要安装软件时可以方便地接入互联网。
树莓派兼容任何USB键盘、鼠标和大多数的SD卡。仅有少数SD卡可能会存在问题。如果不确定，可以通过树莓派网上商城购买（http://raspberrypi.org上可以找到商店链接）。
树莓派拥有一个HDMI（高清多媒体）视频输出端口，但是大多数显示器只有VGA或者DVI输入。如果可能，请选用具有DVI或者HDMI输入的显示器。一个HDMI转DVI接头只要几十块钱，并且其不会降低图像质量。市场上也有HDMI转VGA转接器，但是其价格昂贵且性能不稳定。所以只有在没有其他选择时才会使用这种转接头方案。
品牌厂商出品的USB电源都可以工作，而一些杂牌廉价USB电源可能会出现问题。如果可能，建议不要在电源方面太过节俭。当然，你也可以通过USB电缆连接普通计算机给树莓派供电。
有源USB集线器可以减少本章后边提到的电源相关的问题。并不是所有的USB集线器都是有源的，所以要保证你的USB集线器可以通过市电供电。
我们将在第9章中谈论如何选择摄像头。这里要指出的是，如果你选择USB网络摄像头，请保证它兼容树莓派。部分支持树莓派的网络摄像头可以参考http://elinux.org/RPi_USB_Webcams。
通过将树莓派用网线连接到路由器或者使用USB无线适配器连接到无线网络，你可以将树莓派接入互联网，并安装本书中需要用到的软件。
1.2　可能遇到的问题
树莓派第一个见的问题是电源相关的问题。有的USB电源无法提供足够的电流，尤其当树莓派连上外围设备或者你超频它时（详见第5章），使用这些电源可能会导致更多问题。电源相关的问题通常会导致计算机崩溃。因此，当发现树莓派运行不稳定时，先要检查电源。为了避免这类问题，可以给树莓派单独使用一个电源，外围设备（如键盘、鼠标等）通过有源USB集线器连接到树莓派。
第二个见的问题是SD卡问题。这类问题可能是电源供电不足或者SD卡本身的问题。因此，我们有必要做好备份以保证数据安全。我们可以使用谷歌云硬盘服务来备份数据（在树莓派上运行有点慢），或者简单地在优盘中保存个副本。SD卡相关问题通常表现在树莓派开机时显示出错信息。多数情况下，重装树莓派可以解决问题。如果重装无法解决，就需要更换新的SD卡。
如果遇到了其他问题，我们就需要深入挖掘了，通常，我们需要查看内核缓冲区和系统日志文件。如果遇到的是硬件相关问题，如USB设备无法工作，去看看内核缓冲区。打开终端模拟器LXTerminal并输入：
这条命令将输出Linux内核的所有信息。它按照时间先后顺序显示，显示的是发生的事件。有任何问题都可以显示出来。
下面的命令可以打印出系统日志（通常称为syslog）:
同样，的消息仍然放在面。这两个信息可能有时会令人难以捉摸。如果读了之后仍然无法解决问题，去树莓派论坛上看看www.raspberrypi.org/phpBB3/。这个论坛上有很多热心人，他们会帮助我们找到正确的方向。
1.3　树莓派快速指南
本书主要面向