Raspberry Pi 3B, Kamera Modul & iRobot Create einrichten: Kompletter CS424 Guide

1. Einführung

   Raspberry Pi 3 Model B ist vielseitiger Einplatinencomputer mit USB, WiFi, Bluetooth, Ethernet, HDMI, Audio, GPIO. In CS424 nutzen wir ihn zur Steuerung eines iRobot Create, leveraging robuste Hardware: 4-Kern 1,2 GHz Prozessor, 1 GB RAM. Minimale Hardware:

   • Raspberry Pi 3B Motherboard
   • 32-GB microSD Karte (mit Adapter falls nötig)
   • 5 V Netzteil (z. B. CanaKit)
   • Raspberry Pi Kamera Modul v2 für Vision
   Dieses Tutorial deckt OS-Installation, WiFi-Konfiguration, Discovery-Protokoll-Setup, drahtlose Roboterkommunikation ab. Enthält Sicherheitsvorkehrungen für Pi's exponierte elektrische Kontakte.

2. Raspbian Betriebssystem installieren
   1. Methode 1: NOOBS (New Out-of-Box Software)

      NOOBS einfachster Weg. „Offline and network install“ Package von Raspberry Pi Downloads herunterladen, NOOBS Installationsanleitung folgen. ZIP entpacken, Inhalt auf microSD kopieren. Karte sicher auswerfen gegen Korruption.

      Pi mit Karte booten, HDMI-Display, USB-Tastatur, Maus anschließen, einschalten. OS-Installationsassistent führt durch Locale, Zeitzone, User-Credentials. Nach Raspbian-Installation zu Konfigurationsabschnitt springen.

   2. Methode 2: Raspbian Image direkt flashen

      Volles Desktop-Image von Raspberry Pi OS Downloads herunterladen. Plattformspezifische Anweisungen für Mac, Linux, Windows (Mac, Linux, Windows) befolgen, um Image auf microSD zu schreiben. Nach Flashen Karte in Pi stecken, einschalten für ersten Boot.

3. Ersteinrichtung
   1. Hostname setzen

      /etc/hosts und /etc/hostname editieren, Standard raspberrypi zu einzigartigem Namen wie robotpi4 ändern („4“ durch Gruppennummer ersetzen). sudo nano oder bevorzugter Editor. Speichern & beenden.

   2. WiFi konfigurieren

      Heimnetz-Credentials zu /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf hinzufügen:

      network={ ssid="your_home_wifi_name" psk="your_home_wifi_passphrase" key_mgmt=WPA-PSK } 

      Für IllinoisNet Enterprise Passworthash generieren:

      echo -n 'your_netid_password' | iconv -t utf16le | openssl md4 

      Hash in Config-Block einfügen:

      network={ ssid="IllinoisNet" key_mgmt=WPA-EAP proto=WPA2 eap=PEAP ca_cert="/etc/ssl/certs/AddTrust_External_Root.pem" identity="your_net_id" password=hash:6602f435f01b9173889a8d3b9bdcfd0b phase1="peapver=0" phase2="MSCHAPV2" } 

      Hash & your_net_id anpassen. Klartextpasswort aus Shell-History entfernen: history -cw.

   3. DHCP für Netzwerkinterfaces aktivieren

      /etc/network/interfaces editieren, alle manual zu dhcp ändern:

      auto lo iface lo inet loopback iface eth0 inet dhcp allow-hotplug wlan0 iface wlan0 inet dhcp wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf allow-hotplug wlan1 iface wlan1 inet dhcp wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf 

   4. Einfaches Discovery-Protokoll einrichten

      Skript erstellen, das Zentralserver bei Interface-Up benachrichtigt. Ausführen:

      sudo touch /etc/network/if-up.d/robotpi sudo chmod 755 /etc/network/if-up.d/robotpi sudo nano /etc/network/if-up.d/robotpi 

      Folgenden Inhalt einfügen (Backticks in Editor durch echte Backticks ersetzen):

      #!/bin/sh curl --data "hostname=$(hostname)&data=$(ifconfig)" \ https://apollo3.cs.illinois.edu/robotpi/controller.py/send_heartbeat 

      Speichern, beenden. Pi rebooten mit sudo reboot für Änderungen.

4. Alternative Ersteinrichtung via SSH oder direkter Karteneditierung
   1. Via Kabelverbindung

      Pi per Ethernet an Router. Nach Boot IP (z. B. 192.168.x.x) via Router-Admin oder Ping raspberrypi.local finden. SSH:

      ssh [email protected] 192.168.x.x 

      Hostname, WiFi, DHCP, Discovery wie oben anwenden.

   2. Direkte microSD-Karteneditierung (kein Boot)

      Linux-System booten (oder Ubuntu Live USB), microSD einlegen, Root-FS mounten. Verzeichnisse typisch unter /media/username/ oder /run/media/username/. Gleiche Dateien wie oben editieren, aber Pfade mit Punkt prefixen (z. B. ./etc/hosts). Nach Edit unmounten & Karte sicher auswerfen.

5. Setup testen

   Pi mit microSD & CanaKit Netzteil versorgen. Paar Minuten Boot warten. Browser auf netzwerkverbundenem Computer öffnen, zu https://apollo3.cs.illinois.edu/robotpi navigieren. Dashboard listet alle aktiven Raspberry Pi Nodes: Hostname, Timestamp, Wireless IP.

   Konnektivität verifizieren per SSH mit angezeigter IP:

   ssh [email protected] 10.195.29.33 

   Default-Passwort raspberry falls nicht geändert. Sicher herunterfahren: sudo shutdown now. Sofortiger Reboot: sudo reboot now.