Raspberry Pi Programmierung & Prototyping - Python, GPIO, IoT-Basics

Seminarziel

Teilnehmende lernen, mit dem Raspberry Pi praxistaugliche Software- und Hardware-Prototypen zu erstellen: Setup des aktuellen Raspberry-Pi-OS (64-Bit), Arbeiten mit Python 3, Ansteuerung von GPIO/Sensoren/Aktoren, Kameramodul mit libcamera, Datenaufnahme und -übertragung (REST/MQTT) sowie grundlegende Absicherung und Systemdienst-Automatisierung

Inhalt

• Raspberry Pi heute: Hardware, OS, Use-Cases
  • Modelle/Unterschiede (inkl. Pi 5), Peripherie, Leistungsprofile
  • Raspberry Pi OS (64-Bit), Images flashen, erste Konfiguration
  • Typische Business-Szenarien: Messen, Steuern, Anzeigen, Edge-Gateway
• Linux-Grundlagen für den Pi
  • Shell-Basics, Dateisystem, Dienste, Netzwerk-Basics (SSH, mDNS)
  • Rechte, Updates, Paketmanagement
  • Fehlerdiagnose: Logs, dmesg, journalctl
• Python 3 auf dem Pi - Entwicklungsworkflow
  • Interpreter/venv, Paketverwaltung, Struktur kleiner Projekte
  • VS Code Remote/SSH, Debugging und Git-Basics
  • Praxis-Pattern: CLI-Skripte, Module, Logging
• GPIO-Grundlagen: Ein-/Ausgabe sicher nutzen
  • Pinbelegung, Spannung/Ströme, Schutz (Widerstände, Transistor/Treiber)
  • LED, Taster, Relais: erste Schaltungen und Python-Ansteuerung
  • Debouncing, Polling vs. Interrupts
• Sensorik & Aktorik
  • Digitale/analoge Sensoren (I2C/SPI), Kalibrierung und Abtastraten
  • Beispiele: Temperatur/Feuchte, Bewegung, Licht, Distanz
  • Aktorik: Motor/Servo, Relais für Lasten - Sicherheitsaspekte
• Kamera & Bilderfassung
  • Kameramodul, libcamera-Stack, Aufnahmemodi
  • Bild-/Videopipelines, Zeitraffer/Überwachungsszenarien
  • Grundlagen Bildverarbeitung (OpenCV-Snippets) für PoCs
• Kommunikation & Datenübertragung
  • REST-Aufruf und Micro-API, JSON-Payloads
  • MQTT-Grundlagen (Broker, Topics, QoS), Telemetrie-Muster
  • Datenpufferung offline/unstable-Netz - Robustheitsmuster
• Datenhaltung & Visualisierung leichtgewichtig
  • Lokale Speicherung (CSV/SQLite), Rotations-/Retention-Konzepte
  • Schnelles Dashboarding (z. B. Node-RED/leichtes Web-Frontend)
  • Export in Analytics-Systeme (z. B. HTTP/MQTT-Bridge)
• Betrieb, Automatisierung & Security-Basics
  • Systemd-Services, Autostart, Watchdog/Healthchecks
  • Härtung: User/SSH-Keys/Firewall/Updates, sichere Secrets
  • Backup/Restore des Systems, Klonen für mehrere Geräte
• Praxisprojekt (End-to-End-PoC)
  • Kleingruppen: Sensor anbinden -> Daten erfassen -> übertragen -> visualisieren
  • Abschluss-Review: Messqualität, Robustheit, Security-Shortlist
  • Dokumentation & Next Steps (Pilotierung im Unternehmen)