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【RaspberryPi5开发板方案创意赛】树莓派5“解魔方机器人”---环境配置

一、操作系统选择与安装

制作解魔方机器人，主要是机械部分与控制部分的配合，树莓派作为控制部分的核心，稳定可靠是主要的，不追求最新。官网上找到的基于 Debian 13 和 Debian 12的版本linux内核都太新了，都是基于6.12的。分别如下图所示：

所以，我选择了给树莓派刷上 老版本内核的 RaspOS版本。官网上找到了

https://downloads.raspberrypi.com/raspios_oldstable_full_arm64/images/raspios_oldstable_full_arm64-2025-05-07/

在这里是 最新的 2025-05-06 发布的OS版本，基于 Debian bullseye的版本，既能支持最新的 树莓派5硬件发挥最大性能，久经考验的老版本内核又能支持一系列工业控制软件，是一个非常合适的版本。

其实用树莓派做控制，完全版的桌面其实也不需要，可以直接用 lite版本的，对应的地址是：https://downloads.raspberrypi.com/raspios_oldstable_lite_arm64/images/raspios_oldstable_lite_arm64-2025-05-07/

只需要311M大小，跟完全桌面的2.4G大小比，太轻便了！ 需要什么都可以连上国内镜像手动安装，资源都留出来给控制系统和 视觉识别系统使用！

下载后， mmc卡插入读卡器软件识别后，用软件刷写进去即可。我从树莓派2B一路使用过来的，还是习惯官方以前推荐的烧录软件 Etcher。下载的xz压缩文件不需要解压，Etcher支持xz压缩包直接解压烧录，非常方便。烧录界面一路了然，一看就会：

二、Debian OS 的配置

   烧写完成mmc卡后，读卡器里不着急拔出来，重新插入电脑，显示两个分区盘符。找到一个fat格式的分区，是启动分区。新建一个 ssh的空文件，这样启动的时候会自动打开ssh协议，方便我们通过终端连接。

   SSH终端我使用的是 MobaXterm客户端，自带有X系统，可以在终端里远程运行带GUI的程序，别的xshell等都没有这个功能。 使用树莓派自带的 raspi-config 文本图形界面工具，配置好 wifi，优先网络ip地址，以及对sd卡剩余空间扩容等，这里不再赘述。Raspi-config 命令行工具如下图：

三、配置国内镜像源：

配置好网络，最重要的就是赶紧改为国内源。目前各大it厂家和大学都有debian的镜像源供大众使用。比较著名的是这几个：

清华大学：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/

中科大：https://mirrors.ustc.edu.cn/

浙江大学：http://mirrors.zju.edu.cn/

我在杭州，IT大厂服务器资源多，自己也要用，所以他们的镜像站也是不错的选择：

阿里：https://developer.aliyun.com/mirror/

163网易：https://mirrors.163.com/

我以阿里的镜像站为例，都有镜像的使用说明，32位系统的话使用 raspberry镜像，树莓派64位的话直接使用 Debian的mirror就行了：

配置方法，按网页上的说明，直接修改 /etc/apt/sources.list文件内容即可。

然后运行 # apt update 即可。

玩转树莓派，linux的一些使用经验需要有一些，常规软件的安装方法都要懂一些，这些应该都是基础。以下我就不详细说明步骤了，不清楚的可以搜索都能找到。

四、视觉识别相关软件的安装

   因为要识别魔方的6个面的色块的颜色，我安装了4路usb摄像头，淘宝上最大众的usb摄像头，50元左右一个，支持linux直接识别：

视觉算法的软件，采用OpenCV平台。安装方法同普通linux电脑，这里不再赘述。

开发平台采用 python语言，在windows开发机上安装vscode，安装插件 ssh-remote，远程连接到 树莓派上开发和测试运行。

四、控制部分软件的选择和安装

要控制机械部件，一般的方法是用 单片机，如常见的 STM32 等。但是这样一来，树莓派5就是仅用来充当一台PC机，用来做上位机监控而已，有点浪费树莓派5上的40针那么多GPIO针脚。用python配合gpio库来做控制，又感觉没有单片机方便，总缺点那么“工业级应用”的感觉！

思来想去，我决定将给树莓派安装工业组态软件，将树莓派5变为一台软PLC，然后按照PLC的控制方式去编程“树莓派PLC”，使用工业 IEC61131-5 的方式，采用 梯形图（LAD）和 ST语言编程树莓派PLC，从而通过GPIO引脚控制 解魔方机器人的机械部分，包括4台步进电机驱动器、两个手爪的开/合、以及启动按钮等外设信号。

软件使用 CodeSys平台，官方支持 基于树莓派的软PLC，售价50欧元。但是可以免费使用，唯一的限制是使用2个小时后需要重新启动下软PLC，这对于 解魔方机器人这种不需要连续运行的场景来说，简直跟没限制一样。上官网，直接搜索下载：

https://store.codesys.com/en/codesys-control-for-raspberry-pi-sl.html

注册后直接点击 Download 即可下载，不需要支付 55欧元。

开发机windows电脑上安装 Codesys软件，然后安装下载的 树莓派插件，按照说明即可配置树莓派5，自动ssh登录后安装软plc。至此，在codesys中就能发现一台Codesys Control for Raspberry PI SL 的PLC设备。使用起来跟codesys支持的其他PLC并无二致，这里就不再赘述。

五、 后续计划

至此，树莓派5的软件准备部分基本好了，开发平台搭建完成，然后就是 解魔方机器人最重要的 机械部分设计，以及控制部分的方案了... ... 

下期继续给大家分享。有兴趣的可以一起多交流。