Conrad Components 10222 Raspberry Pi für Young Makers Raspberry Pi, Programming Maker kit 14 years and over Bedienungsanleitung

Typ
Bedienungsanleitung
Raspberry Pi-Projekte für Young Makers
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Die meisten Produktbezeichnungen von Hard- und Software sowie Firmennamen und Firmenlogos, die in diesem
Werk genannt werden, sind in der Regel gleichzeitig auch eingetragene Warenzeichen und sollten als solche
betrachtet werden. Der Verlag folgt bei den Produktbezeichnungen im Wesentlichen den Schreibweisen der Hersteller.
Alle in diesem Buch vorgestellten Schaltungen und Programme wurden mit der größtmöglichen Sorgfalt entwickelt,
geprüft und getestet. Trotzdem können Fehler im Buch und in der Software nicht vollständig ausgeschlossen werden.
Verlag und Autor haften in Fällen des Vorsatzes oder der groben Fahrlässigkeit nach den gesetzlichen Bestimmungen.
Im Übrigen haften Verlag und Autor nur nach dem Produkthaftungsgesetz wegen der Verletzung des Lebens, des
Körpers oder der Gesundheit oder wegen der schuldhaften Verletzung wesentlicher Vertragspflichten.
Der Schadens- ersatzanspruch für die Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist auf den vertragstypischen,
vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht ein Fall der zwingenden Haftung nach dem Produkthaftungsgesetz
gegeben ist.
Liebe Kunden!
D
ieses Produkt wurde in Übereinstimmung mit den geltenden europäischen Richtlinien hergestellt und trägt daher das
CE-Zeichen. Der bestimmungsgemäße Gebrauch ist in der beiliegenden Anleitung beschrieben.
B
ei jeder anderen Nutzung oder Veränderung des Produktes sind allein Sie für die Einhaltung der geltenden Regeln
verantwortlich. Bauen Sie die Schaltungen deshalb genau so auf, wie es in der Anleitung beschrieben wird.
D
as Produkt darf nur zusammen mit dieser Anleitung weitergegeben werden.
Das Symbol der durchkreuzten Mülltonne bedeutet, dass dieses Produkt getrennt vom Hausmüll als Elektroschrott
dem Recycling zugeführt werden muss. Wo Sie die nächstgelegene kostenlose Annahmestelle finden, sagt Ihnen Ihre
k
ommunale Verwaltung.
Autor: Christian Immler
Art & Design: www.ideehoch2.de
Satz: DTP-Satz A. Kugge, München
© 2017 Franzis Verlag GmbH, Richard-Reitzner-Allee 2, 85540 Haar
Achtung! Augenschutz und LEDs:
Blicken Sie nicht aus geringer Entfernung direkt in eine LED, denn ein direkter Blick kann Netzhautschäden verursachen!
Dies gilt besonders für helle LEDs im klaren Gehäuse sowie in besonderem Maße für Power-LEDs. Bei weißen, blauen,
violetten und ultravioletten LEDs gibt die scheinbare Helligkeit einen falschen Eindruck von der tatsächlichen Gefahr für
Ihre Augen. Besondere Vorsicht ist bei der Verwendung von Sammellinsen geboten. Betreiben Sie die LEDs so wie in der
Anleitung vorgesehen, nicht aber mit größeren
Strömen.
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5
Raspberry Pi vorbereiten ...............................................................6
Betriebss
y
stem installiere
n
....................................................................
.
12
Der erste Start des Ras
p
berry P
i
.............................................................
Di
e
T
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im P
a
k
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t ...................................................................................
.
20
LEDs
..........................................................................................................
24
R
G
B-LED
s
................................................................................................
.
26
Knete, Draht und Krokod
i
lklemmen-Kabe
l
.............................................
3
0
1 Elektronik steuern mit Knetekontakten ......................................34
E
s ge
h
t
l
os
!
...............................................................................................
41
S
o funktioniert das Pro
g
ram
m
................................................................
4
9
2 Fußgängerampel ............................................................................56
So funktioniert das Programm
gg
gg
................................................................
59
3 RGB-LED mit Knetekontakten steuern........................................62
S
o funktioniert das Program
m
................................................................
65
4 LED-Würfel .......................................................................................66
S
o funktioniert das Pro
g
ram
m
...............................................................
.
7
2
5 Ein Scratch-Spiel mit einem Gamepad aus Knete steuern ........78
Der Raspberry P
i
erzeugt Tön
e
................................................................
81
S
o funktioniert das Program
m
...............................................................
.
82
Inhaltsverzeichnis
10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 510222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 5 22.03.2017 09:58:3922.03.2017 09:58:39
6
Der kleine Hacker
De
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ei
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er
Raspberry Pi vorbereiten
D
er Ras
p
berry Pi ist – auch
w
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ar nicht so aussieht – ein voll
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wertiger
C
omputer. Du kannst
d
amit Texte schreiben, ins
I
nternet
g
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S
piele spie
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len oder F
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lme ansehen. V
i
eles
g
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t etwas
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angsamer, a
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s man
es von modernen P
C
s gewohnt
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st, dafür ist der Ras
p
berry Pi
j
a auch viel kleiner und vor
a
llem billi
g
er als ein PC
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nd du kannst den Ras
p-
berry Pi pro
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rammieren – das
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eht so
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ar viel leichter als auf
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em PC
,
weil alle dafür not
-
wendi
g
en Werkzeu
g
e bereits
Die Ansc
hl
üsse
d
es Rasp
b
erry Pi
3
DER NAME
RASPBERRY PI
Ras
p
berr
y
ist das engli-
y
sche Wort für Himbeere.
Schon früher wurden
C
om
p
uter nach Früchten
benannt, wie z. B. A
pp
le,
Ap
ricot, Blackberry.
P
i
steht für P
y
thon Inter-
preter, eine wichtige
Programmiersprache
a
uf dem Ras
p
berry Pi.
Z
usammen
g
enommen
er
g
ibt sich ein Name,
der wie das en
g
lische
Wort für Himbeerkuchen
ras
p
berr
y
p
ie, klin
g
t
.
10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 610222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 6 22.03.2017 09:59:2822.03.2017 09:59:28
7
vorinstalliert sind und einfachere,
verständliche Pro
g
rammiersprachen
verwendet werden. P
y
thon, das dem
Raspberry Pi seinen Namen gegeben
h
at, und vor allem
S
cratch sind deut
-
lich leichter zu erlernen als
C
++ und
J
ava, die sich unter Profiprogram
-
m
ierern auf dem P
C
durchgesetzt
habe
n
.
Im Laufe der noch sehr kurzen
Geschichte des Ras
p
berry Pi wurden
verschiedene Modelle entwickelt. Für
u
nsere Pro
j
ekte kannst du alle aktu
-
ellen Ras
p
berry-Pi-Modelle
B+
,
Pi 2 und Pi 3 verwenden
.
W
ie für einen „
g
roßen“ PC
b
raucht man auch für den
Raspberry Pi eini
g
es Zube
-
h
ör
,
um ihn wirklich benutzen
z
u können
.
STROM ÜBER
MICRO-USB-
HANDYLADEGERÄT
Der Ras
p
berry Pi benö
-
t
i
g
t nur weni
g
Strom und
m
uss deshalb nicht wie ein
PC direkt an eine Steck
-
d
ose angeschlossen werden.
Z
ur Stromversorgung reicht
j
edes moderne Handynetzteil.
Ältere Ladegeräte aus den Anfangs-
d
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An
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A
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B-L
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tzt
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so
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indestens 1.000 mA liefern, besser
2
.
000
mA. Der eingebaute Leistungs
-
r
e
g
ler verhindert ein „Durchbren
-
n
en
bei zu starken Netzteilen. Wie
viel
S
trom ein Handyladegerät liefert,
s
teht
g
anz klein
g
edruckt auf den
G
eräten
.
SO ERKENNT MAN
EIN ZU SCHWACHES
NETZTEIL
Wenn der Ras
p
berry Pi
z
war bootet
,
sich dann
a
ber keine Mausbewe-
gung erkennen lässt
oder das S
y
stem nicht
a
uf Tastatureingaben
reagiert, deutet das
a
uf eine zu schwache
Stromversorgung hin.
A
uch wenn kein Zugriff
a
uf angeschlossene
USB-Sticks oder Fest-
platten möglich ist,
solltest du ein stärkeres
Netzteil verwenden
.
10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 710222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 7 22.03.2017 09:59:3922.03.2017 09:59:39
8
Der kleine Hacker
De
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H
Ha
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ei
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er
Raspberry Pi vorbereiten
Dieses Netzteil liefert 2A = 2000mA; das
i
st vö
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ig ausreic
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en
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für a
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ll
e Ras
pb
erry-
Pi-Modelle.
MONITOR
Natürlich brauchst du einen Moni
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,
um auch zu sehen
,
was du tust.
Der Ras
p
berry Pi kann
p
er HDMI-Ka
-
b
el an moderne Monitore oder Fern
-
s
eher an
g
eschlossen werden. Zum
A
nschluss an Com
p
utermonitore
m
it DVI-Anschluss
g
ibt es spezi
-
elle HDMI-Kabel oder Ada
p
ter. Es
g
ibt auch Adapter zum Anschluss an
VGA-Monitore, die allerdin
g
s ver
-
g
leichsweise teuer sind
.
S
teht kein HDMI-Monitor zur Ver
-
g
un
g
, kann der Raspberry Pi mit
einem analo
g
en FBAS-Videokabel an
einen klassischen Fernseher ange
-
s
chlossen werden
,
wobei die Bild
-
s
chirmauflösung allerdings sehr
n
iedri
g
ist. Die
g
rafische Oberfläche
lässt sich in analoger Fernsehauf
-
l
ösun
g
nur mit Einschränkun
g
en
b
edienen, Scratch fast
g
ar nicht.
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p
fehlen
.
TASTATUR UND MAUS
Am Raspberry Pi kann jede
g
än
g
i
g
e
Tastatur mit USB-Anschluss
g
enutzt
werden. Kabellose Tastaturen funk
-
t
ionieren manchmal nicht
,
da sie zu
viel Strom oder
g
ar spezielle Treiber
b
enöti
g
en
.
Eini
g
e USB-Tastaturen haben einen
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B-An
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Maus. Dadurch ers
p
arst du dir am
Ras
p
berry Pi einen USB-Anschluss,
was besonders beim Ras
p
berry Pi A+
wichti
g
ist, der nur einen USB-An
-
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hl
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t. Di
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e
n
Ras
p
berry-Pi-Modelle haben vier
USB-Anschlüsse
,
die immer ausrei
-
c
h
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so
llt
e
n
.
NETZWERKKABEL
Möchtest du mit dem Ras
p
berry Pi
ins Internet
,
brauchst du ein Netz
-
werkkabel, um ihn mit deinem Rou
-
t
er zu verbinden. Für die Experi
-
m
ente in diesem Paket benötigst
10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 810222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 8 22.03.2017 09:59:5222.03.2017 09:59:52
9
d
u keine Internetverbindun
g
. Der
Raspberry Pi 3 hat ein ein
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ebautes
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LAN-Modul. Hier ist kein Netz
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nöti
g.
SPEICHERKARTE
Der Ras
p
berry Pi hat keine Fest
-
platte, stattdessen wird eine Spei
-
c
herkarte verwendet. Sie enthält
d
as Betriebssystem. Eigene Daten
u
nd installierte Pro
g
ramme wer
-
d
en ebenfalls darauf
g
espeichert.
D
ie S
p
eicherkarte muss mindes
-
t
ens 4 GB
g
roß sein. Auf der Rück
-
s
eite befindet sich der Steck
p
latz für
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e
. Mi
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D-K
a
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en sind deutlich stabiler als frühere
Sp
eicherkartenformate und rasten
im Stecksockel fest ein. Um sie wie
-
d
er herauszubekommen, drücke die
Sp
eicherkarte noch einmal leicht in
d
en Stecksockel, dann löst sich die
H
alterung, und eine kleine Feder
s
chiebt die Karte heraus
.
Ras
p
berry Pi mit angeschlossenen Kabeln: USB-Tastatur (trans
p
arent), Netzwerk (gelb),
HDMI-Monitor (schwarz
)
und Netzteil (weiß
)
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10
Der kleine Hacker
De
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k
le
ck
Raspberry Pi vorbereiten
DIE GPIO-ANSCHLÜSSE
AM RASPBERRY PI
Was den Ras
p
berry Pi so besonders
u
nd bei Makern so beliebt macht
,
ist die Mö
g
lichkeit, Elektronik anzu
-
s
chließen und sie mit ei
g
enen Pro
-
g
rammen zu steuern. Das
g
eht mit
e
inem PC nicht, denn dort
g
ibt es
k
eine Anschlüsse
,
die sich so leicht
für ei
g
ene Bastelprojekte nutzen las
-
se
n
.
Die Stiftleiste an der einen Seite des
Ras
p
berry Pi wird als GPIO bezeich
-
n
et. Die en
g
lische Abkürzun
g
für
General Purpose Input Output
bedeu
-
t
t
et auf Deutsch einfach Allgemeine
Ein- und Ausgabe
.
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n Pin
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wahlweise als Ein
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an
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oder Aus
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an
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p
ro
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rammieren und so für vielfälti
g
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Hardwareex
p
erimente nutzen. Die
ü
bri
g
en sind für die Stromversor
-
D
er MicroSD-Speicherkartensteckplatz auf der Rückseite des RaspberryP
i
GPIO-Pins am Rasp
b
erry Pi
10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 1010222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 10 22.03.2017 10:00:1522.03.2017 10:00:15
11
g
un
g
und andere Zwecke fest ein
g
e
-
richtet. Es
g
ibt je zwei Pins mit +3,3 V
u
nd +5 V Spannun
g
sowie ins
g
esamt
a
cht Pins mit Masseanschluss
.
DER RASPBERRY PI A+
N
eben den bekannten Modellen B+
,
P
i 2 und Pi 3
g
ibt es auch den etwas
kleineren Ras
p
berry Pi A+ mit nur
einem USB-Port
,
ohne Netzwerk
-
a
nschluss und mit etwas verein
-
fachter Hardwareleistung. Dieses
M
odell verfügt aber über die gleiche
G
PIO-Schnittstelle und ist billiger
a
ls die anderen. Man kann es mit
e
tw
as
G
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.
D
a der Ras
p
berry Pi A+ keinen Netz
-
werkanschluss hat
,
kommst du nur
mit zusätzlicher Hardware ins Inter
-
net, was aber für unsere Projekte
g
ar
nicht nöti
g
ist. Allerdin
g
s benöti
g
st
d
u eine Tastatur mit USB-Anschluss
f
ür die Maus oder einen USB-Hub
,
u
m Tastatur und Maus
g
leichzeiti
g
a
nschließen zu können
.
D
ie aktuelle Version des Ras
p
bi
-
a
n-Betriebss
y
stems Jessie läuft auf
d
em B+, Pi 2, Pi 3 und dem A+ glei
-
c
hermaßen.
IMMER +3,3V VERWENDEN
V
erwende für elektronische Ex
p
erimente immer
die +
3
,
3
-V-Anschlüsse des Ras
p
berry Pi und
nicht die +5-V-Anschlüsse. Würde 5-V-Spannun
g
durch eine elektronische Schaltung wieder zu-
rück auf einen GPIO-Pin kommen
,
würde dies
den Raspberry Pi beschädigen. Die +5-V-An-
schlüsse sind nur für externe Geräte wie zum
Beispiel Servomotoren gedacht und nicht für
Logiksignale
.
10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 1110222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 11 22.03.2017 10:00:2522.03.2017 10:00:25
12
Der kleine Hacker
De
ne
e
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k
le
ck
Raspberry Pi vorbereiten
BETRIEBSSYSTEM
INSTALLIEREN
Der Ras
p
berry Pi verwendet Linux
u
nd kein Windows
,
aber das sieht
a
uch nicht viel anders aus. Linux
h
at den
g
roßen Vorteil, dass es
län
g
st nicht so hardwarehun
g
ri
g
ist
wie Windows. Außerdem ist Linux
„freie Software
. Das heißt,
j
eder
d
arf Linux nutzen, für seine eigenen
Z
wecke anpassen und auch beliebig
weitergeben, ohne Seriennummern
verwenden oder sich mit Lizenzen
h
erumärgern zu müssen
.
W
ir haben für dieses Paket ein s
p
e
-
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ielles Linux vorbereitet
,
das bereits
a
lles Nöti
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e enthält, damit man
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ofort mit den Ex
p
erimenten losle
-
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en kann. Du findest alle notwendi
-
g
en Dateien auf der DVD
.
SPEICHERKARTE
VORBEREITEN
Da der Raspberry Pi selbst noch
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icht booten kann, bereiten wir die
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peicherkarte auf dem PC vor. Dazu
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er Raspberry Pi A
+
10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 1210222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 12 22.03.2017 10:00:3822.03.2017 10:00:38
13
PC. Dieser kann fest ein
g
ebaut oder
per USB an
g
eschlossen werden.
W
enn dein PC noch keinen Kartenle
-
s
er hat, besor
g
e dir am besten einen
kleinen Kartenleser in USB-Stick
-
Form. Die einfachen Modelle
,
die
nur MicroSD-Karten lesen und bei
manchen Speicherkarten sogar mit
-
g
eliefert werden, reichen völlig aus,
d
a wir genau dieses Kartenformat
für den Ras
p
berry Pi brauchen und
a
ndere Kartentypen inzwischen weit
-
g
ehend un
g
ebräuch
-
l
ich sind. Smart
p
hones
u
nd Tablets verwen
-
d
en üblicherweise auch
MicroSD-Karten. Bei im PC
ein
g
ebauten Kartenlesern ist
für MicroSD-Karten meistens
ein Ada
p
ter erforderlich, der bei
n
euen MicroSD-Karten oft mit
g
e
-
l
iefert wird.
W
enn du eine fabrikneue Speicher
-
k
arte verwendest oder eine
,
die bis
-
h
er nur in Smartphones oder Tablets
g
enutzt wurde, ist sie bereits vom
H
ersteller optimal vorformatiert,
INFO
Unser Linux für
den Raspberry Pi
basiert auf dem origi-
nal Raspbian-Betriebssystem
Jessie, das die Raspberry-Pi-Stiftung
(www.raspberrypi.org) anbietet. Bei dieser
Linux-Version ist die Programmiersprache
Scratch, die wir verwenden, auch schon dabei.
Wir haben zusätzlich die verwendeten Pro-
gramme für die Projekte vorinstalliert und
alles komplett auf Deutsch eingestellt.
Unsere Raspbian-Version ist nur etwa
3,7 GB groß und passt somit auf
jede 4-GB- Speicherkarte –
auf größere natürlich
auch.
10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 1310222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 13 22.03.2017 10:00:4722.03.2017 10:00:47
14
Der kleine Hacker
De
ne
e
r
k
le
ck
Raspberry Pi vorbereiten
u
n
d
du
b
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matierun
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nicht zu kümmern
.
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ast du die
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eicher
-
karte früher schon einmal
für einen Ras
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berry Pi
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nen anderen
Linux-
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omputer ver
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endet, muss s
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formatiert werden
,
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eicherkarte rich
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erkennt
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Um die S
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eicherkarte neu zu forma
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,
lade dir das kostenlose Pro
-
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ramm SD Formatter
der SD Asso-
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r www.sdcard.org/
downloads/formatter_4 herunter.
Das Pro
g
ramm erkennt die Spei
-
cherkarte im Kartenleser automa
-
t
isch und zei
g
t ihre Größe an. Sollte
ACHTUNG
Egal ob neu formatiert oder nicht:
Bei der Installation des Betriebssys-
tems werden alle Daten, die sich auf
der Speicherkarte befinden, unwider-
ruflich gelöscht. Also vorher alles
sichern, was wichtig ist!
D
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ws in Akti
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10222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 1410222-3 Conrad Raspberry Pi für Kids_NEU01.indd 14 22.03.2017 10:01:0022.03.2017 10:01:00
15
d
ie S
p
eicherkarte Partitionen aus
e
in
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n Lin
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x-In
s
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nthalten, zei
g
t der SD Formatter
nicht die vollständige Größe an. Kli
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au
f Option
u
n
d
wähle d
i
e Format
i
erungsopt
i
on ON
be
i Format Size Adjustment. N
ac
h
e
inem Klick auf Format
wird die
t
S
peicherkarte in ihrer vollen Grö
ß
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DIE SPEICHERKARTE
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16
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17
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DES RASPBERRY PI
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berry Pi zum ersten Mal
booten
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Der kleine Hacker
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indem du sie mit der Maus an
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er Titelzeile anfasst.
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RASPBERRYPI
AUSSCHALTEN
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bei dem Ras
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einfach den Stecker zie-
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,
und er schaltet sich
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b. Besser ist es
j
edoch,
ihn wie einen PC sauber
herunterzufahren. Wäh-
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und klicke
dann auf
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Der kleine Hacker
De
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ck
Raspberry Pi vorbereiten
DIE TEILE IM PAKET
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x Steckbrett
2x LEDs
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2
x LEDs rot
2x LED
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b
1
x LED
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1
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D
7
x 220-Ohm-Widerständ
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3
x 20-MOhm-Widerständ
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Conrad Components 10222 Raspberry Pi für Young Makers Raspberry Pi, Programming Maker kit 14 years and over Bedienungsanleitung

Typ
Bedienungsanleitung