🚀 Знакомство с Raspberry Pi - твой первый IoT-компьютер

Познакомиться с Raspberry Pi как платформой для создания IoT-устройств и настроить первое подключение

• Каждый ученик понимает архитектуру Raspberry Pi и его отличия от обычного компьютера
• Успешно настроен Raspberry Pi OS и базовые системы
• Установлено SSH подключение для удаленной работы
• Написана и запущена первая программа на Python
• Подключен и управляется первый GPIO компонент (LED)
• Понимают основы безопасности при работе с Pi

Связка с предыдущими знаниями:

• “В спринте №1 мы создавали схемы IoT-систем на бумаге”
• “В спринте №2 мы изучили, как устройства общаются между собой”
• “Сегодня создаем НАСТОЯЩЕЕ IoT-устройство!”

Быстрая проверка домашнего задания:

1🎯 Экспресс-опрос (2 минуты):
2- "Поднимите руку, кто выбрал WiFi для своего IoT-проекта?"
3- "Кто выбрал 4G? Bluetooth? LoRaWAN?"
4- "Назовите самую неожиданную проблему в домашнем проекте"

Мотивация к новой теме: “Теперь вы знаете КАК выбрать протокол связи. Пора узнать, НА ЧЕМ будет работать ваша IoT-система!”

Демонстрация силы Raspberry Pi:

1. Учитель показывает Pi (2 мин):

   • “Это компьютер размером с банковскую карту”
   • Сравнение с обычным системным блоком
   • “На нем можно запускать браузер, писать код, управлять роботами”

2. Live Demo (3 мин):

   • Подключение Pi к проектору
   • Загрузка системы (заранее подготовленной)
   • Запуск браузера/терминала
   • “Это полноценный компьютер!”

3. Проблемный вопрос (3 мин):

   1🤔 "Чем этот мини-компьютер лучше обычного ПК для IoT?
   2Почему не использовать ваши ноутбуки для управления умным домом?"
   

 1🖥️ ОБЫЧНЫЙ КОМПЬЮТЕР:
 2✅ Мощный процессор (быстрые вычисления)
 3✅ Много памяти (хранение файлов)
 4❌ Большой размер (не поместить в датчик)
 5❌ Высокое энергопотребление (нужна розетка)
 6❌ Нет GPIO пинов (сложно подключить датчики)
 7💰 Дорого для простых задач
 8
 9🍓 RASPBERRY PI:
10✅ Компактный размер (помещается в руку)
11✅ Низкое энергопотребление (работает от powerbank)
12✅ GPIO пины (легко подключить датчики)
13✅ Встроенный WiFi/Bluetooth
14❌ Менее мощный (медленнее обычного ПК)
15💰 Дешево (3000-6000 рублей)

Интерактив: “Для каких IoT-задач подойдет Pi, а для каких лучше использовать обычный компьютер?”

 1🔌 GPIO = General Purpose Input/Output
 2
 3АНАЛОГИЯ:
 4GPIO пины = разъемы на задней панели обычного ПК
 5Но вместо монитора и клавиатуры подключаем:
 6• Светодиоды (вывод)
 7• Кнопки (ввод)  
 8• Датчики температуры (ввод)
 9• Моторы (вывод)
10• Дисплеи (вывод)

Показать GPIO пины на реальном Pi:

• Физическое расположение
• Нумерация пинов
• Типы пинов: питание (3.3V, 5V), земля (GND), GPIO

Правила безопасности:

1⚠️ ВАЖНО:
2• Выключать Pi перед подключением компонентов
3• Не путать 3.3V и 5V
4• Всегда использовать резисторы с LED
5• GPIO пины очень хрупкие!

Операционная система:

• Raspberry Pi OS = специальная версия Linux
• Графический интерфейс похож на Windows
• Терминал для продвинутых команд
• Предустановленный Python

Способы управления Pi:

 1🖥️ ПРЯМОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ:
 2Монитор + клавиатура + мышь
 3+ Привычно
 4- Много проводов, неудобно
 5
 6📱 SSH (Secure Shell):
 7Подключение через терминал с любого устройства
 8+ Можно управлять удаленно
 9+ Не нужен монитор
10- Только текстовые команды
11
12🖼️ VNC (Virtual Network Computing):
13Удаленный рабочий стол
14+ Полный графический интерфейс
15+ Управление с любого устройства
16- Требует больше ресурсов

Важно: во время перерыва преподаватель проверяет готовность всех Pi

1👥 ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ:
2• Пары: опытный + начинающий в программировании
3• Роли: "Навигатор" (думает) + "Пилот" (печатает)
4• Смена ролей каждые 15 минут
5• Один Pi на пару

Задание 1: Включение и первый вход (10 мин)

 1📋 CHECKLIST "ПЕРВЫЙ ЗАПУСК":
 2
 31. ✅ Вставить microSD карту с предустановленной системой
 42. ✅ Подключить HDMI кабель к монитору
 53. ✅ Подключить клавиатуру и мышь
 64. ✅ Подключить питание (Pi загружается автоматически)
 75. ✅ Дождаться появления рабочего стола
 86. ✅ Пройти мастер первоначальной настройки:
 9   - Выбрать часовой пояс
10   - Подключиться к WiFi
11   - Обновить систему (если попросит)
12
13🎯 РЕЗУЛЬТАТ: Pi загружен и подключен к интернету

Задание 2: Знакомство с интерфейсом (5 мин)

 1🔍 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО СТОЛА:
 2
 31. Найти и открыть:
 4   ✅ Terminal (терминал)
 5   ✅ Thonny Python IDE
 6   ✅ File Manager (файловый менеджер)
 7   ✅ Chromium Browser
 8
 92. Проверить подключение к интернету:
10   ✅ Открыть браузер
11   ✅ Зайти на google.com
12   ✅ Найти "raspberry pi gpio tutorial"
13
14🎯 РЕЗУЛЬТАТ: Понимаем, где что находится

Задание 3: Включение SSH (10 мин)

 1🔧 НАСТРОЙКА SSH:
 2
 31. Открыть терминал
 42. Выполнить команду: sudo raspi-config
 53. Навигация:
 6   - Interface Options
 7   - SSH
 8   - Enable
 9   - Finish
104. Перезагрузить: sudo reboot
11
12🎯 РЕЗУЛЬТАТ: SSH включен и готов к подключению

Задание 4: Подключение с внешнего устройства (5 мин)

 1📱 УДАЛЕННОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ:
 2
 31. Узнать IP адрес Pi: hostname -I
 42. На смартфоне/ноутбуке установить SSH клиент:
 5   - Android: Termius
 6   - iOS: Termius  
 7   - Windows: PuTTY
 8   - macOS/Linux: встроенный ssh
 9
103. Подключиться: ssh pi@[IP_АДРЕС]
114. Ввести пароль (по умолчанию: raspberry)
12
13🎯 РЕЗУЛЬТАТ: Управляем Pi удаленно!

Задание 5: Hello World для IoT (10 мин)

 1# Файл: hello_iot.py
 2import time
 3import datetime
 4
 5print("🚀 Мой первый IoT-компьютер запущен!")
 6print(f"📅 Дата: {datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')}")
 7print("🌐 IP адрес:", end=" ")
 8
 9# Получаем IP адрес
10import socket
11hostname = socket.gethostname()
12ip_address = socket.gethostbyname(hostname)
13print(ip_address)
14
15print("\n🔄 Начинаю мониторинг системы...")
16for i in range(5):
17    print(f"⏱️  Heartbeat {i+1}/5 - система работает!")
18    time.sleep(2)
19
20print("✅ IoT-устройство готово к работе!")

Задание 6: Первый GPIO эксперимент - мигающий LED (5 мин)

 1# Файл: first_led.py
 2import RPi.GPIO as GPIO
 3import time
 4
 5# Настройка GPIO
 6GPIO.setmode(GPIO.BCM)
 7GPIO.setup(18, GPIO.OUT)  # Пин 18 как выход
 8
 9print("🔴 Включаю светодиод...")
10try:
11    for i in range(10):
12        GPIO.output(18, GPIO.HIGH)  # Включить LED
13        print(f"💡 LED включен ({i+1}/10)")
14        time.sleep(0.5)
15        
16        GPIO.output(18, GPIO.LOW)   # Выключить LED  
17        print(f"⚫ LED выключен ({i+1}/10)")
18        time.sleep(0.5)
19        
20except KeyboardInterrupt:
21    print("\n⏹️  Программа остановлена пользователем")
22    
23finally:
24    GPIO.cleanup()  # Очистить настройки GPIO
25    print("🧹 GPIO очищен, программа завершена")

Формат: Каждая пара демонстрирует свои результаты

Структура демо (1.5 мин на пару):

1. Показать удаленное подключение (30 сек)

   • SSH с телефона/ноутбука
   • Выполнить команду ls или pwd

2. Запустить Hello World программу (30 сек)

   • Показать вывод с IP адресом и временем

3. Продемонстрировать LED (30 сек)

   • Запустить программу мигания
   • Показать физический LED (если подключен)

Критерии успеха:

• ✅ Pi успешно загружается
• ✅ SSH подключение работает
• ✅ Python программы запускаются
• ✅ GPIO управляет LED (если подключен)

Вопросы для обсуждения:

1. Что было самым сложным в настройке Pi? (1 мин)
2. Что вас удивило в возможностях такого маленького компьютера? (1 мин)
3. Какие IoT-проекты теперь кажутся возможными? (1 мин)

Техника “Градусник готовности”:

1🌡️ Оцените свою готовность к следующему спринту:
2🥶 0-3: Нужна помощь с основами
3😐 4-6: Понимаю, но нужна практика  
4🔥 7-10: Готов к сложным задачам!

User Story: Как начинающий IoT-разработчик, я хочу настроить удаленный доступ к своему Pi из дома, чтобы практиковаться в программировании в любое время.

 1📋 ЗАДАЧИ:
 21. Подключить Pi к домашнему WiFi
 32. Найти IP адрес Pi в домашней сети
 43. Подключиться к Pi через SSH с другого устройства
 54. Создать файл с именем: [ваша_фамилия]_iot_log.txt
 65. Записать в файл:
 7   - Дату и время подключения
 8   - IP адрес Pi в домашней сети
 9   - Версию Python (команда: python3 --version)
10   - Список файлов в домашней папке (команда: ls)
11
12🎯 РЕЗУЛЬТАТ: Скриншот SSH-сессии с содержимым файла

 1🚀 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ:
 21. Установить дополнительную программу через apt:
 3   sudo apt install htop
 42. Написать Python скрипт, который:
 5   - Показывает текущую температуру процессора
 6   - Выводит объем свободной памяти
 7   - Сохраняет эту информацию в файл каждые 30 секунд
 83. Настроить автозапуск скрипта при загрузке системы
 9
10💡 ПОДСКАЗКА: Используйте команду vcgencmd measure_temp

 1🔬 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ЗАДАЧИ:
 21. Настроить VNC для графического удаленного доступа
 32. Установить IoT-симулятор или дополнительные библиотеки
 43. Создать простой веб-сервер на Flask, показывающий:
 5   - Время работы системы (uptime)
 6   - Температуру процессора
 7   - Свободное место на диске
 84. Сделать сервер доступным в локальной сети
 9
10🏆 БОНУС: Показать веб-страницу учителю через смартфон

 1ОТЧЕТ: Спринт #3 - Настройка Raspberry Pi
 2======================================
 3
 4ИМЯ: [ваше имя]
 5ДАТА: [дата выполнения]
 6
 7БАЗОВЫЕ ЗАДАЧИ:
 8✅/❌ Подключение к домашнему WiFi
 9✅/❌ SSH подключение работает
10✅/❌ Файл iot_log.txt создан
11IP адрес дома: ___________
12Версия Python: ___________
13
14СЛОЖНОСТИ:
15[Опишите, что было трудно и как решили]
16
17ОТКРЫТИЯ:
18[Что нового узнали о Pi или Linux]
19
20ПЛАНЫ:
21[Что хотите попробовать на следующем спринте]
22
23ПРИЛОЖЕНИЯ:
24[Скриншоты SSH-сессии]

• Technical Setup Skills: Как быстро осваивает новые инструменты?
• Code Understanding: Понимает ли написанный код?
• Debugging Mindset: Умеет ли искать и исправлять ошибки?
• Safety Awareness: Соблюдает ли правила работы с оборудованием?

• 🖥️ Pi Master - за успешную настройку всех систем
• 🐍 Python Coder - за написание работающих программ
• 🔌 GPIO Explorer - за успешную работу с железом
• 👥 Team Player - за отличную работу в паре
• 🔧 Problem Solver - за самостоятельное решение технических проблем
• 📡 Remote Access Expert - за настройку SSH/VNC
• 🏠 Home Lab Builder - за успешное домашнее задание

Для каждой пары (1 комплект на 2 учеников):

• Raspberry Pi 4 (4GB RAM рекомендуется)
• MicroSD карта 32GB с предустановленной Raspberry Pi OS
• HDMI кабель
• USB клавиатура и мышь
• Блок питания USB-C для Pi
• Монитор или проектор для подключения
• Простейшие компоненты для GPIO:
  • 1x LED (любого цвета)
  • 1x резистор 330 Ом
  • 2x соединительных провода папа-мама

Общее оборудование класса:

• WiFi роутер с доступом в интернет
• Запасные microSD карты с образом системы
• USB картридер для восстановления системы
• Мультиметр для диагностики (1 на класс)

Предустановленное на Pi:

• Raspberry Pi OS (последняя версия)
• SSH включен по умолчанию
• Python 3.9+ с библиотеками:
  • RPi.GPIO
  • gpiozero
  • requests
  • flask (для продвинутых заданий)

Для учащихся (опционально):

• SSH клиент: Termius (мобильные) или PuTTY (Windows)
• VNC Viewer (для графического подключения)

• Памятка по безопасности работы с Pi
• Шпаргалка основных Linux команд
• Схема расположения GPIO пинов
• Инструкция по восстановлению системы

Если Pi не загружается:

• Запасные microSD карты с рабочей системой
• USB картридер для быстрого восстановления
• Работа в симуляторе на ПК класса

Если нет WiFi:

• Настройка через Ethernet кабель
• Создание hotspot с телефона учителя
• Работа без интернета (локальные задачи)

Если нет достаточно мониторов:

• Парная работа с одним монитором
• Подключение к проектору по очереди
• SSH с самого начала (для продвинутых)

За неделю до:

• Проверить все Pi, загрузить и обновить системы
• Настроить WiFi заранее на всех устройствах
• Протестировать SSH подключения
• Подготовить запасные SD карты

За день до:

• Зарядить все Pi
• Проверить работу всех мониторов и кабелей
• Разложить комплекты по парам
• Подготовить демонстрационный Pi для учителя

За час до:

• Включить все Pi для прогрева
• Проверить WiFi в классе
• Подготовить резервные решения
• Разложить распечатки с инструкциями

Безопасность прежде всего:

1⚠️ ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ:
21. Выключать Pi перед подключением GPIO
32. Не путать питание 3.3V и 5V
43. Всегда использовать резисторы с LED
54. Аккуратно обращаться с SD картами
65. Не тянуть за провода

Тайм-менеджмент:

• Жесткий контроль времени на каждый этап
• Помощь отстающим парам без задержки общего процесса
• Готовые решения для типичных проблем

Поддержка пар:

1👥 ЭФФЕКТИВНАЯ РАБОТА В ПАРАХ:
2- Четкое разделение ролей
3- Принудительная смена ролей каждые 15 минут
4- Одна клавиатура - один активный человек
5- Второй анализирует и подсказывает

Проблема: Pi не загружается Диагностика: Красный LED горит? Изображение на экране? Решение: Замена SD карты → проверка питания → замена Pi

Проблема: Не подключается к WiFi Решение: Проверка пароля → использование Ethernet → hotspot с телефона

Проблема: SSH не работает Диагностика: sudo systemctl status ssh Решение: sudo systemctl enable ssh → перезагрузка → проверка IP

Проблема: GPIO не управляет LED Диагностика: Правильно ли подключен? Есть ли резистор? Решение: Проверка схемы → замена LED → проверка кода

Проблема: Программа не запускается Диагностика: Синтаксические ошибки? Права доступа? Решение: python3 -m py_compile script.py → chmod +x script.py

Для разных уровней подготовки:

• Новички: “Отлично! У вас получается настоящее программирование!”
• Опытные: Дополнительные вызовы и исследовательские задачи
• Застрявшие: Пошаговая помощь без готовых ответов

Празднование успехов:

• Фото первого включения Pi
• Видео первого мигающего LED
• Коллективное “Ура!” при успешном SSH подключении

Логический переход:

• “Сегодня мы настроили Pi и включили один LED”
• “Следующий раз будем управлять множеством компонентов”
• “Научимся читать данные с кнопок и датчиков”

1Спринт #3 → Спринт #4 → Спринт #5
2Настройка Pi → Основы GPIO → Сложные проекты
3SSH доступ → Удаленное управление → IoT-сервисы
4Hello World → Управление LED → Датчики и реле
5Linux команды → Python библиотеки → Полноценные программы

• Техническая база: Pi настроен и доступен удаленно
• Программистские навыки: Основы Python и GPIO
• Понимание архитектуры: Как работают IoT-устройства
• Уверенность: “Я могу программировать настоящее железо!”

Спринт считается успешным, если:

• ✅ 90%+ учащихся успешно настроили Pi и SSH
• ✅ Все пары запустили минимум одну Python программу
• ✅ Учащиеся понимают разницу между Pi и обычным компьютером
• ✅ Есть энтузиазм к программированию “настоящего железа”
• ✅ Домашние задания выполняются с интересом

Индикаторы глубокого понимания:

• Задают вопросы о возможностях Pi
• Предлагают идеи для IoT-проектов
• Понимают принципы работы GPIO
• Могут объяснить процесс SSH подключения
• Проявляют интерес к Linux командам

Долгосрочные эффекты:

• Уверенность в работе с техникой
• Понимание принципов встраиваемых систем
• Мотивация к изучению программирования
• Готовность к созданию собственных IoT-проектов

🚀 Этот спринт - важная веха курса! Учащиеся переходят от теории к практике, от схем на бумаге к настоящему программированию. Успешное завершение спринта даст им уверенность и мотивацию для всех последующих технических задач.

Ключевой результат: “Я могу программировать настоящий компьютер и управлять электроникой!” 💻🔌✨