從歷史到使用方法的全面瞭解！電子作品創作不可或缺的“Raspberry Pi（樹莓派）”究竟是何方神聖？
從幾年前起，“IoT”、“深度學習”等詞彙就已經開始出現在電視新聞中，與之相關的技術不再僅僅局限在工程師領域，也逐漸被普通大眾所認識和瞭解。我想可能有些人對這些新聞報導中提到的話題“Raspberry Pi（樹莓派）”感興趣。
本文將圍繞“Raspberry Pi”這個主題，介紹以下內容：
- “什麼是Raspberry Pi（樹莓派）”
- “Raspberry Pi與Arduino有什麼區別”
- “Raspberry Pi的種類有很多，在選擇時應該注意什麼”
目錄
- 什麼是Raspberry Pi（樹莓派）？
- Raspberry Pi的歷史和名稱由來
- Raspberry Pi和Arduino，使用哪個比較好？
- Arduino與Raspberry Pi的區別
- 如何掌握Raspberry Pi的使用方法？
- Raspberry Pi的典型產品清單以及每種產品的使用方法
- Raspberry Pi還能這樣用！
- Raspberry Pi可以做的事
- DEVICE PLUS過往文章參考
- 自製IoT和AI設備！
1. 什麼是Raspberry Pi（樹莓派）？
新版Raspberry Pi 4 Model B
Raspberry Pi（樹莓派）是由英國Raspberry Pi Foundation（樹莓派基金會）發佈的一種被稱為“單板電腦”的微型電腦，是為教育目的而開發生產的。典型的產品外觀如上圖所示，上面配備了電子元件和引腳。
安裝有這類電子元件的板通常被稱為“電路板”或“board”，特別是樹莓派等被稱為“單板電腦”的板，是為了實現微型電腦的作用而凝聚了必要的元件，並以“小尺寸”、“低價格”和“低功耗”為目標設計而成的。
使用Raspberry Pi製作的電子作品示例
2. Raspberry Pi的歷史和名稱由來
Raspberry Pi當初是作為教育用的電腦開發而成的。近年來，隨著智慧手機和電腦等電子終端的普及，很多年輕人不用在學校聽課也可以學會熟練使用這些設備。然而，很少有人瞭解這些設備的工作機制，也很少有人擁有自己程式設計來製作軟體的經驗，我認為原因之一是電子設備的功能越來越高級、現成可用的產品越來越多，因而需要自己分解設備、自己製作硬體和軟體的機會減少了。
在這種背景下，樹莓派基金會的創始人Eban Upton（埃本·阿普頓）先生想到了即便是小孩子也能輕鬆程式設計（損壞風險很小）的廉價電腦，於是開始開發原型，這就是Raspberry Pi（樹莓派）的開始。如今，Raspberry Pi不僅用於教育，很多使用者還將其用於電子創作和機器人等業餘愛好應用。
“Raspberry Pi”這個名稱來源於水果做成的“Raspberry pie（樹莓派）”。這是因為電腦領域有一種習慣於以“Apple（蘋果）”和“apricot（杏）”等水果名給公司和產品命名的文化。另外，“Pi”的命名還與程式設計語言“Python”相關。“Raspberry Pi”通常被簡稱為“RPi”、“RasPi”或“RPI”。
3. Raspberry Pi和Arduino，使用哪個比較好？
Arduino開發板示例（圖片為Arduino UNO）
如今，電子創作的新手通常是一邊參考諸如“用Raspberry Pi實現……”、“用Arduino製作……”等標題的文章和書籍，一邊進行基礎練習。但是，這裡面也有一些人會有這樣的疑問:“那麼，我應該買哪個呢？Raspberry Pi還是Arduino？……”不知道該選擇哪一個才好。在這裡，我首先簡單介紹一下Raspberry Pi和Arduino的區別。
Raspberry Pi屬於“單板電腦”，而 Arduino屬於“微控制器開發板”。前面已經介紹過單板電腦。微控制器開發板不像Raspberry Pi那樣可以作為微型電腦運行，但如果解釋為“用來檢測感測器的狀態、打開/關閉LED和馬達的簡單控制裝置”就很容易理解了。基於這樣的視點，讓我們從幾個角度來探討應該使用Raspberry Pi還是Arduino。
4. Arduino與Raspberry Pi的區別
可能有人認為，“如果只是微控制器和電腦之別的話，那麼電腦不是可以向上相容嗎……？”但是，實際上還涉及到它們各自適用的用途，以及它們在不同應用中的易用性。
① 有無作業系統（OS）
例如，從內部軟體的運行來看，存在Raspberry Pi有OS、Arduino沒有OS的特點區別。
這並不是可以簡單地說“有作業系統（OS）更好”，如果您希望執行在Linux上運行的程式時，應該選擇Raspberry Pi，但有時候，在作業系統中運行的其他應用程式也可能會影響到希望實現的目標工作，在使用電腦時，時常會發生當機等問題，這些都是需要考慮的因素。
② 作用不同
事實上，微控制器有微控制器應該做的工作，電腦有電腦應該做的工作。Raspberry Pi可以結合LED和開關等的輸入和輸出實現很多事情，因此很難透過能做什麼或不能做什麼來考量，但如果按照各自發揮的不同作用來考慮，就可以看清什麼情況下該使用Raspberry Pi，什麼情況下該使用Arduino。
例如，Arduino可以發揮以下作用：
- LED和馬達的控制
- 開關和感測器的狀態檢測
如果您需要處理此類（LED和感測器等）電氣訊號（更接近硬體），選擇Arduino比較好。
此外，Raspberry Pi可以發揮以下作用：
- 網路通訊（有線/無線局域網）
- 將影像輸出到顯示器或投影儀等
- 使用相機或鏡頭（影像處理等）
如果您需要完成這類由電腦處理的工作（更接近軟體），應該選擇Raspberry Pi。
使用Raspberry Pi製作的電子作品範例
5. 如何掌握Raspberry Pi的使用方法？
如果您的身邊有人能教您如何使用Arduino，能夠邊問邊學是比較好的，但是通常不好意思請人多次一對一地教自己，而且並不是每個人的身邊都有這種專業人士，所以如果可以的話，能找到自學的方法就更好了。
筆者推薦以下兩種方法：
① 買書，按照書中的內容學習
② 參考網路的文章，按照相關介紹學習
① 透過書籍學習時
如果透過看書（技術書和入門書）來學習，就需要在書店或網店購買相應的書籍，雖然買書需要花錢，但大多數書都是面向從零開始的初學者的，內容非常細緻易懂。而且，還有一個好處是“只要按這本書學習，基本可以學會”，而如果自己在網路搜索各種資源自學的話，容易遇到一些瓶頸。書籍的好處在於，您可以透過閱讀它們獲取新知識，而無需自己在網路搜索。
下面我列舉一些講解Raspberry Pi使用方法的書，您可以參考用戶評價和相關書籍來選用。
有這本書就夠了！Raspberry Pi超簡單入門教學 修訂版第6版
② 透過網路資源學習時
如果您透過網路搜到的資源學習，會發現有很多免費的資源可用，因此比透過書籍學習的成本更低。如果能找到精心編寫的文章，就可以獲得豐富的資訊來提升技能，所以如果您習慣於在網路查找資料，就可以搜索所需的資訊，並從不同角度瞭解相關資訊的講解。
下面我列舉一些關於Raspberry Pi入門的文章，建議以閱讀這些文章為主，當遇到感興趣的關鍵字時，可以隨時搜索以進一步瞭解。
使用感測器輕鬆製作有趣的專案
製作一款獨特的控制器，用稱為“反射式光電感測器”的光感測器和玻璃球透過Scratch來控制角色運動。還挑戰使用萬用電路板進行佈線。
使用感測器輕鬆製作有趣的專案
用Raspberry Pi自製一款智能揚聲器吧！
用Raspberry Pi自製一款智慧揚聲器，使用SDK（為了使用Google的智慧揚聲器功能），透過與“OK, Google”說話來使揚聲器工作。如果您能製作這個項目，那麼製作音控機器人也不是夢了。
用Raspberry Pi自製一款智能揚聲器吧！第1篇：用Google AIY輕鬆製作支援日語的智慧揚聲器
用Raspberry Pi自製一款AI相機吧！
透過在Raspberry Pi上安裝鏡頭並應用AI功能，製作一款能夠進行圖像分析和語音辨識並拍攝的AI相機。如果您可以使用所有這些功能，那麼您已經可以創作更高級的作品了。
第1篇 用Raspberry Pi自製一款AI相機吧！ 第一步，在Raspberry Pi上添加眼睛、耳朵和嘴巴
6. Raspberry Pi的典型產品清單以及每種產品的使用方法
Raspberry Pi板有多種，在這裡介紹一下在選擇時需要考慮的一些要點。多年來，Raspberry Pi不斷推出新系列產品，不同的產品類型，其價格和功能也有所不同。在這裡我根據常見的需求來介紹三種Raspberry Pi板。
① 只是想試用一下Raspberry Pi
首先，對於想要正確熟練使用Raspberry Pi但不知道如何選擇的人來說，我推薦“Raspberry Pi 4 Model B”。
Raspberry Pi 4 Model B
Raspberry Pi 4 Model B是2019年底在日本發售的最新款產品（截至2020年7月）。它擁有所有Raspberry Pi中最高的性能，而且如果是瀏覽上網等普通用法，可以放心地使用。Raspberry Pi 4 Model B內建四核CPU，記憶體8GB、4GB、2GB可選。有兩個用於音視頻輸出的HDMI介面，還可以使用USB3.0引腳。
由於音視頻輸出採用的是Micro HDMI介面，因此在與普通的顯示器連接時，需要使用將Micro HDMI轉換為全尺寸HDMI引腳的適配器或轉接線。當您購買主機時，建議一併購買。
② 想製作小型設備
如果需要尺寸比Raspberry Pi 4 Model B更小的產品，我推薦“Raspberry Pi 3 Model A +”。
Raspberry Pi 3 Model A+
Raspberry Pi 3 Model A+是Raspberry Pi 4 Model B（第4代）之前的第3代開發板。由於省略了有線LAN埠（安裝了無線 LAN），並且只有一個USB埠，因此開發板的尺寸更小。記憶體為1GB，規格上不如Raspberry Pi 4 Model B，但如果並不想進行繁重的處理，而是希望優先考慮減小尺寸和降低成本的話，Raspberry Pi 3 Model A+也許是不錯的選擇。
由於只有一個USB埠，因此在連接滑鼠和鍵盤時，需要使用USB集線器來增加埠數量，在這種情況下，建議您使用自供電USB集線器（一種透過AC適配器供電的集線器），這樣可以降低Raspberry Pi本身的功耗。
③ 希望用電池驅動
如果您希望不使用AC適配器而使用電池等製作成隨身攜帶的作品，建議使用“Raspberry Pi Zero W（或 WH）”。
Raspberry Pi Zero WH
Raspberry Pi Zero W與WH的區別在於：W的GPIO埠上沒有安裝排針，而WH則自帶排針。如果您想在與感測器等進行佈線時省略焊接，那麼最好選擇WH而不是W。
Raspberry Pi Zero WH是Raspberry Pi開發板中最小的型號，價格也很低，僅為5美元。此外，它的功耗也比其他型號要少，因此適合電池驅動的設備。由於HDMI介面為Mini HDMI介面，USB介面為micro USB介面，因此與普通顯示器、鍵盤或滑鼠連接時需要轉接線。
“Raspberry Pi Zero W/WH”配備了無線LAN和藍牙功能，售價約10美元。“Raspberry Pi Zero”沒有無線LAN和藍牙功能，因此更便宜，僅為5美元。
7. Raspberry Pi還能這樣用！
Raspberry Pi不僅在教育用的電腦領域，還在其他很多應用領域大顯身手。特別是在使用攝像頭進行影像處理和運用人工智慧的系統開發中，多會用到Raspberry Pi，在這裡我介紹三個實例。
利用AI（人工智慧）技術分揀黃瓜
開發了一種透過深度學習來進行圖像識別、並執行分揀工作的系統，利用該系統，可以深度學習並複現母親的分揀技能，對農民收穫的黃瓜進行不同等級的分揀工作。在該實例中，使用了Raspberry Pi 3來實現圖像識別和向伺服器傳輸資料。
使用自動駕駛AI技術行駛的驢車（Donkey Car）
現在很多地方都在舉辦名為“AI汽車”、透過AI技術讓模型車自動行駛的活動和研討會，而這種驢車（Donkey Car）正是被很多人用作AI汽車的車輛之一。驢車是一種開源套件，透過在無線遙控車上安裝Raspberry Pi、速度控制器、伺服馬達等來實現駕駛控制。
魔方機器人
由3D列印部件組成的全自動魔方機器人。這種機器人的資料是開源的，如果是非商業目的，誰都可以購買相同的零件進行組裝。其所有硬體的組裝方法和軟體的準備方法已經作為學習用的內容公開發佈了，可以在網路查看。
8. Raspberry Pi可以做的事
【用Raspberry Pi和感測器製作“可自動營造舒適空間的裝置”】
該裝置使用Raspberry Pi透過感測器測量家中的環境（溫度、濕度等）、獲取天氣預報資訊並在顯示器上顯示，還可以發出警報以防止主人忘記收衣服。自製作品的真正樂趣在於可以自由靈活地客制市場上買不到的產品！
【用Raspberry Pi製作LED警示燈解決方案】
使用插入Raspberry Pi即可使用的擴展模組“Crystal Signal Pi”也可以製作屬於自己的警示燈。外觀充滿藝術氣息，作為家飾品也很時尚。
【用伺服馬達製作指針式溫度計】
這是一個透過測量溫度並用伺服馬達指示出所測溫度、可以像類比溫度計一樣顯示的系統。參考這個實例，如果能夠學會使用感測器的輸入和伺服馬達的輸出，就可以透過改變感測器的種類自由靈活地創建可以在眾多場景下使用的系統。
9. DEVICE PLUS過往文章參考
Introduction to Raspberry Pi 4: Let’s Start Using the New “Raspberry Pi 4!”從零開始介紹使用Raspberry Pi 4時的Raspberry Pi安裝方法、所需元件、電子製作方法等內容。
用Raspberry Pi 4開始電子製作的入門教學！第2篇：安裝Raspberry Pi4！
瞭解最新的Raspberry Pi OS和Raspbian Buster，以及使用NOOBS輕鬆安裝Raspbian OS。
Introduction to Raspberry Pi 4: Mastering the Use of the Raspberry Pi 4 in Headless Mode!
瞭解未來常用的在沒有顯示器（無頭）情況下遠端連接時的安裝方法。透過這篇文章，您將能學會在任何地方使用Raspberry Pi，並學會Raspberry Pi的基本命令。
Introduction to Raspberry Pi 4: Tackling the Basic Electronic Kits With the Raspberry Pi 4!
希望用GPIO（資料登錄/輸出引腳）連接感測器等，挑戰電子製作專案實際操作！
10. 自製IoT和AI設備！
本文中介紹了Raspberry Pi（樹莓派）的特點、選擇方法以及實際應用實例。在新聞中您可能經常會聽到“IoT”和“AI”這樣的名詞，但它們具體是什麼可能並不一定每個人都懂。不過，如果您會使用Raspberry Pi，那麼您將能夠自己DIY這類系統！如果您有類似“我想用感測器檢測到它並把檢測資料發送到我的智慧手機”或“我想用相機和AI技術把它自動化”這樣的想法，歡迎使用Raspberry Pi讓創意變成現實！
