10 choses à savoir avant de démarrer un projet Raspberry Pi

Avec la contribution de Digi-Key's North American Editors

Le Raspberry Pi est au cœur d'une révolution qui a permis au plus grand nombre d'exploiter la puissance d'un PC, grâce à une plateforme conviviale avec un vaste écosystème de support. Même si la plateforme est intuitive et conviviale, les ingénieurs et les débutants peuvent profiter des conseils des utilisateurs confirmés de Pi.

Ces « 10 choses à savoir » ne constituent pas une liste exhaustive : la communauté en ligne propose un support continu. Ces éléments fournissent des renseignements introuvables dans les manuels ou les tutoriels. Ils sont le résultat de nombreux efforts et d'une expérience étendue. Ils comprennent des conseils et des astuces, comme le choix et le formatage des cartes SD, la sélection de l'alimentation adaptée pour le Raspberry Pi, le choix du dongle Wi-Fi adéquat, des conseils de programmation, des instructions en cas de plantage système et des conseils pour éviter d'endommager la carte grâce à une mise sous tension correcte.

Ces simples conseils facilitent considérablement l'initiation au Raspberry Pi, et à la puissance des plateformes d'ordinateur monocarte en général, pour une expérience conviviale.

1. Dans quels cas utiliser le Raspberry Pi

Le prix, les performances et la communauté de support du Raspberry Pi en font un outil incontournable pour toutes les tâches envisageables. C'est à la base un ordinateur personnel. Prenons par exemple le Raspberry Pi 3 modèle B de la Fondation Raspberry Pi. Il est basé sur un processeur ARM® Cortex®-A53 s'exécutant jusqu'à 1,2 GHz. Ce modèle comprend 1 Gigaoctet de RAM, un réseau local sans fil 802.11n, une connexion Bluetooth 4.1 et BLE, 4 ports USB, 40 broches GPIO, un port Full HDMI, Ethernet, un jack audio de 3,5 mm et des interfaces de caméra et d'affichage.

Image du Raspberry Pi 3 modèle B

Figure 1 : Le Raspberry Pi 3 modèle B de la Fondation Raspberry Pi est basé sur un processeur ARM Cortex-A53 s'exécutant jusqu'à 1,2 GHz, avec 1 Go de mémoire et une connectivité locale sans fil 802.11n. (Source de l'image : Fondation Raspberry Pi)

Le système est adapté à presque toutes les applications, comme lire un capteur de température, commander un système mécatronique de moteurs et de pistons, et même devenir un PC complet. Mais le montage vidéo, la robotique et la commande d'une imprimante 3D à distance figurent parmi les projets intéressants et amusants compatibles avec le système.

2. Installer et configurer le Raspberry Pi

Le Raspberry Pi est conçu pour exécuter un système d'exploitation plutôt que simplement du code sans système d'exploitation. Le système d'exploitation le plus courant est Raspbian (combinaison de Raspberry et Debian), un outil spécialement conçu par Linux. L'ordinateur peut exécuter d'autres systèmes d'exploitation, mais il est préférable pour les débutants de s'en tenir à Raspbian.

En tant qu'ordinateur autonome, le Raspberry Pi requiert tous les périphériques traditionnels, notamment une souris, un clavier, une carte SD (classe 10, au moins 8 Go, comme l'AP8GMCSH10U1-B d'Apacer Memory America), ainsi qu'un écran.

Un lecteur de carte SD externe est nécessaire au début pour importer une image Pi sur une carte SD à partir d'un autre ordinateur. Une fois l'image copiée sur la carte SD, toute autre application est exécutable sur le Pi. Le lecteur USB 2.0 DA-70310-2 d'Assmann WSW Components constitue un bon choix de lecteur de carte SD, car il est compatible avec presque tous les formats de carte mémoire les plus courants.

Pour formater la carte SD, suivez le lien sur la page Web de Raspberry Pi pour télécharger le logiciel SD Card Formatter de SD Association. Utilisez uniquement un logiciel éprouvé pour garantir la réussite de l'installation de NOOBS sur une carte SD. Vous pouvez également acheter une carte SD avec un système NOOBS préinstallé, comme la carte Raspberry Pi NOOBS 16 Go.

Choisir un clavier et une souris sans fil, comme l'ensemble 1738 d'Adafruit, libère les ports USB et évite l'emmêlement des câbles. Vous pouvez également utiliser un concentrateur USB 2.0, comme l'U22-004-RA à 4 ports de Tripp Lite. Le concentrateur alimenté à 4 ports est fortement recommandé, car il réduit la consommation énergétique du système Pi.

L'utilisateur peut se passer de souris, de clavier et d'écran s'il vise à établir une connexion SSH sur le Pi, ou si ce dernier est utilisé avec un écran tactile (voir conseil n°9).

De plus, à moins que l'écran soit équipé d'une entrée HDMI, un adaptateur est nécessaire entre le port HDMI du Pi et l'entrée de l'écran. Par exemple, pour raccorder le port HDMI à une entrée d'écran DVI-D, utilisez le 741-20010-00300 de CnC Tech (Figure 2).

Image de l'adaptateur mâle HDMI 19 broches vers DVI-D 19 broches 741-20010-00300 de CnC Tech

Figure 2 : Des adaptateurs comme l'adaptateur mâle HDMI 19 broches vers DVI-D 19 broches 741-20010-00300 de CnC Tech peuvent être requis pour brancher la sortie HDMI du Raspberry Pi à un écran. (Source de l'image : CnC Tech)

Par la suite, lors de l'intégration du Pi dans un système ou un projet, ces périphériques seront sûrement laissés de côté.

3. Utiliser une alimentation adaptée

N'alimentez pas le Raspberry Pi à partir des ports USB d'un ordinateur, car ils ne fournissent pas l'alimentation requise pour éviter les problèmes relatifs à l'alimentation, comme la corruption d'une carte SD, le plantage du Raspberry Pi et d'autres problèmes sporadiques. Une alimentation de 2 A est généralement suffisante, mais une alimentation de 2,5 A est recommandée pour le Raspberry Pi 3.

La plupart des alimentations à intensité supérieure doivent avoir un connecteur cylindrique mâle de sortie. Utilisez l'adaptateur jack vers Micro USB A 2727 d'Adafruit, avec une alimentation cylindrique 5 V de 5,5 mm x 2,1 mm avec une borne centrale positive pour l'adapter au Raspberry Pi 3 (Figure 3).

Image de l'adaptateur jack vers Micro USB A 2727 d'Adafruit

Figure 3 : Pour fournir l'alimentation recommandée de 2,5 A au Raspberry Pi, combinez l'adaptateur jack vers Micro USB A 2727 d'Adafruit avec une alimentation cylindrique 5 V de 5,5 mm x 2,1 mm à borne centrale positive. (Source de l'image : Adafruit)

Le Raspberry Pi proprement dit ne nécessite pas toute cette alimentation. L'objectif est d'utiliser une alimentation avec une surcharge suffisante pour éviter une chute de la tension d'entrée lors du branchement d'autres accessoires et composants électroniques sur la carte. Dans cette perspective, voici un aperçu des exigences générales d'alimentation.

Selon le modèle, le Raspberry Pi consomme entre 100 et 300 mA en mode veille, et la consommation de courant augmente avec chaque itération successive du Pi (Figure 4). Si une application nécessite une consommation ultrafaible, prenez en compte ce facteur dans le processus de sélection du Raspberry Pi.

Pi1 (B+) Pi2 B Pi3 B (A) Zero (A)
Amorçage Max. 0,26 0,40 0,75 0,20
Moy. 0,22 0,22 0,35 0,15
Veille Moy. 0,20 0,22 0,30 0,10
Lecture vidéo (H.264) Max. 0,30 0,36 0,55 0,23
Moy. 0,22 0,28 0,33 0,16
Contrainte Max. 0,35 0,82 1,34 0,35
Moy. 0,32 0,75 0,85 0,23

Figure 4 : Comparaison de la consommation de courant entre certains modèles courants de Raspberry Pi. (Source de l'image : Fondation Raspberry Pi)

Pour une application mobile du Pi, il est à noter que la consommation de courant de ce dernier peut ne pas suffire pour activer les chargeurs portables USB à cause de la configuration de leur circuit interne. Utilisez le bloc-batteries 1565 de 4000 mAh ou 1566 de 10 000 mAh d'Adafruit, dont l'utilisation est certifiée pour le Pi.

4. Utiliser ou installer un câble USB avec bouton marche/arrêt en ligne

Les modèles Raspberry Pi n'intègrent pas de bouton de réinitialisation ou d'interrupteur. Pour éviter de débrancher et de rebrancher le câble USB à chaque plantage pour réinitialiser la carte, utilisez un câble USB avec un bouton marche/arrêt en ligne inclus, comme le 2379 d'Adafruit. Cette exigence résulte de l'expérimentation et de l'apprentissage du système. Les débutants vont certainement bloquer le système au cours de leur évolution sur la courbe d'apprentissage. Il est plus simple d'appuyer sur un bouton que de gérer un cordon et un connecteur. Cela permet d'éviter d'autres problèmes, comme l'usure inutile du connecteur USB.

Cependant, faites attention : dans des circonstances normales, n'utilisez pas systématiquement l'interrupteur pour éteindre le Raspberry Pi. Une simple mise hors tension peut corrompre la carte SD. Veillez à toujours suivre la procédure d'arrêt correcte (voir « Where is the on/off switch »).

5. Les clés de la réussite : les cartes auxiliaires du Raspberry Pi

Le Raspberry Pi est un puissant SBC, mais aucun ordinateur monocarte ne peut être complet. Heureusement, il existe une multitude de cartes auxiliaires conçues pour augmenter les capacités du Pi.

Par exemple, le Raspberry Pi ne possède aucun convertisseur analogique-numérique intégré pour l'acquisition de données, mais plusieurs solutions de convertisseur existent. Parmi les solutions recommandées se trouve la carte spécialisée de convertisseur analogique-numérique (CAN) et de convertisseur numérique-analogique (CNA) 103990060 de Seeed Technology (Figure 5).

Image de la carte d'extension 103990060 de Seeed Technology pour le Raspberry Pi

Figure 5 : La carte d'extension 103990060 de Seeed Technology pour le Raspberry Pi fournit une capacité CAN et CNA de 8 bits au Raspberry Pi. (Source de l'image : Seeed Technology)

Une autre façon d'équiper un RasPi avec des entrées CAN consiste à décharger la tâche sur une petite carte Arduino, comme le Trinket 3,3 V d'Adafruit.

Pour cela, consultez d'abord l'article sur les « 10 choses à savoir avant de démarrer un projet Arduino », puis programmez la carte avec un schéma simple pour exécuter la collecte de données analogiques. Les données sont retransmises au Pi par le biais d'une connexion série.

Pour une solution plus directe, il existe des cartes Arduino spécialement conçues pour fonctionner avec le Raspberry Pi, comme les shields d'extension AlaMode de Seeed et DFR0327 de DFRobot.

Les tâches nécessitant une exécution en temps réel requièrent une carte auxiliaire, car Raspbian ne prend pas en charge cette fonctionnalité. Raspbian/Linux divise le temps processeur pour l'assigner selon le cas aux applications, au code Python et à Raspbian. L'imprévisibilité de cette allocation aléatoire entraîne l'impossibilité de l'exécution en temps réel.

6. Dongles Wi-Fi

La manière la plus simple d'installer des mises à jour et des applications sur un Pi consiste à utiliser une connexion Internet via Wi-Fi, qui est déjà intégrée au Raspberry Pi 3 (802.11n). Cependant, les autres versions du Raspberry Pi n'ont pas le Wi-Fi. Il peut donc s'avérer nécessaire d'acheter un dongle Wi-Fi. Dans ce cas, renseignez-vous sur les modèles reconnus par le système d'exploitation Raspbian. Parmi les modèles de dongles courants adaptés au Raspberry Pi se trouve le module miniature 802.11/b/g/n 814 d'Adafruit (Figure 6).

Image de l'adaptateur USB 814 d'Adafruit

Figure 6 : Si votre carte Raspberry Pi n'a pas de fonctionnalité Wi-Fi intégrée, renseignez-vous pour trouver un dongle comme l'adaptateur USB 814 d'Adafruit qui est adapté à Raspbian. (Source de l'image : Adafruit)

7. Vérifier les niveaux logiques de sortie et les capacités d'attaque

Le Raspberry Pi utilise des niveaux logiques de 3,3 V. C'est un petit détail qui est pourtant essentiel et souvent négligé. Les niveaux logiques de 3,3 V signifient que le Pi peut ne pas fonctionner avec de nombreux appareils et accessoires disponibles nécessitant une logique à 5 V. De plus, son courant d'attaque est de 16 mA par broche, dans la mesure où le courant total n'excède pas 50 mA environ. Ce problème est très simple à résoudre avec un convertisseur de niveau logique comme le convertisseur bidirectionnel BOB-12009 de SparkFun.

Image du BOB-12009 de SparkFun

Figure 7 : Le BOB-12009 de SparkFun convertit des signaux de 5 V en 3,3 V, la tension requise par le Raspberry Pi. (Source d'image : SparkFun)

8. Le langage de programmation Python

Python est le langage de programmation par défaut de Raspbian. En fait, l'image de Raspbian est par défaut préchargée dans l'environnement de développement de Python, IDLE (Integrated Development and Learning Environment). Travailler avec Python est essentiel pour la plupart des projets Pi.

Le système Raspbian offre l'option d'utiliser IDLE 2 pour exécuter Python 2 ou IDLE 3 pour exécuter Python 3. Choisissez la version IDLE 3/Python 3 pour rester à jour et obtenir la toute dernière documentation.

Il est à noter que les codes Python 2 et 3 ne sont pas directement interchangeables. Le code Python 2 est très courant et il peut être tentant de l'appliquer après avoir utilisé Python 3, mais plusieurs différences de syntaxe et de conventions d'affectation des noms entraînent l'incompatibilité des deux versions. Cependant, si vous décidez de changer, il est possible de trier les codes et d'effectuer les changements nécessaires pour convertir le code Python 2 en Python 3 et vice versa.

La manière la plus rapide de commencer à développer des GUI personnalisées pour les programmes Python consiste à utiliser un ensemble d'outils appelé TkInter, qui est déjà intégré à Raspbian. De nombreux tutoriels rapides en ligne existent pour TkInter pour aider l'utilisateur à démarrer rapidement.

Pour les débutants en programmation en général, il est recommandé de diviser le projet en blocs fonctionnels élémentaires. Par exemple, prenons un projet impliquant un affichage sur écran LCD, une lecture de capteur connecté via SPI et un enregistrement des entrées utilisateur à partir de trois boutons. Il convient d'écrire un code distinct pour chaque tâche. Le fait d'écrire tous les codes simultanément peut entraîner des erreurs et compliquer le débogage.

9. Taille d'écran

Au cours de la programmation, utilisez un grand écran au lieu du petit écran de 3 pouces compatible avec le Pi, qui est difficile à lire. Bien qu'il soit adapté à l'interface finale personnalisée d'un projet, il est préférable d'utiliser un grand écran ou même un écran tactile de 7 pouces comme l'écran LCD 8997466 de la Fondation Raspberry Pi (Figure 8). Selon le modèle Raspberry Pi utilisé, l'écran peut ne pas être détecté automatiquement à l'aide du connecteur DSI. Si le modèle Pi nécessite l'activation manuelle de l'écran, Github documente cette procédure.

Image de l'écran LCD 8997466 de la Fondation Raspberry Pi

Figure 8 : Évitez d'utiliser un petit écran 3 pouces, car cela rend la lecture difficile. Choisissez plutôt un grand écran ou l'écran LCD 8997466 de 7 pouces de la Fondation Raspberry Pi. (Source de l'image : Fondation Raspberry Pi)

Cela dit, il est préférable d'utiliser un grand écran. De plus, un écran branché au port DSI ou HDMI sera beaucoup plus rapide qu'un écran contrôlé à partir d'un port E/S à usage général.

10. Astuces et recommandations

  • Il peut être tentant d'utiliser une carte SD supérieure à 32 Go. Dans ce cas, veillez à formater la carte en tant que système de fichiers FAT32. Le Raspberry Pi ne peut lire que les volumes FAT32.
  • Veillez à ce que la carte SD soit compatible avec le Raspberry Pi.
  • Si vous êtes bloqué à la ligne de commande, exécutez la commande « sudo start x » pour lancer l'interface GUI.
  • Les broches GPIO du Raspberry Pi ne sont pas marquées. Pour éviter toute confusion, demandez une référence GPIO comme la suivante (Seeed).

Image de la référence des broches GPIO du Raspberry Pi

Figure 9 : Identifiez les broches GPIO du Raspberry Pi avec une référence pratique. (Source de l'image : Seeed Technology)

  • N'alimentez pas le Raspberry Pi à l'aide des broches GPIO. Cette opération est possible, mais elle implique le contournement du fusible intégré. Le fusible est auto-réarmable et peut être remplacé si nécessaire. Si l'alimentation est acheminée par les broches GPIO et que quelque chose survient, cela peut certainement détruire le Pi.

Image du fusible auto-réarmable intégré au Raspberry Pi

Figure 10 : Le fusible auto-réarmable intégré au Raspberry Pi 3 (flèche rouge) est contourné si l'utilisateur choisit un routage d'alimentation via les broches GPIO. Cela présente un risque pour la carte. (Source de l'image : Digi-Key Electronics)

Si vous utilisez un Raspberry Pi pour le développement, sauvegardez tous vos fichiers. Il est probable qu'à un certain moment l'image de la carte SD sera corrompue, et les données seront donc irrécupérables. Pour éviter ce risque, utilisez une clé USB comme la clé USB 16 Go APHA016G2BACG-DTM d'Apacer comme système de stockage des fichiers.

Image de la clé USB d'Apacer Memory America

Figure 11 : La sauvegarde des fichiers sur une clé USB permet de les protéger en cas de corruption du système de fichiers du Raspberry Pi. (Source de l'image : Apacer Memory America)

Conclusion

Le Raspberry Pi est reconnu pour être puissant, convivial et bien pris en charge. C'est une excellente base pour les applications professionnelles ou les projets amusants. Quel que soit votre niveau de connaissances et de compétences, ces conseils permettront de réduire la courbe d'apprentissage, d'accélérer la commercialisation et d'augmenter la productivité de l'ensemble du processus.

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À propos de l'éditeur

Digi-Key's North American Editors