Tipp: Raspberry Pi 4 – Inbetriebnahme und Remote-Steuerung

Der Raspberry Pi erlebte kürzlich sein neues Debüt mit der lang erwarteten Version 4, über die wir bereits berichteten. Wir haben uns den Raspberry Pi 4 nun in die Redaktion geholt und zeigen dir Schritt für Schritt, wie du ihn einrichtest.

In weiteren Artikeln nehmen wir dann unter die Lupe, was es mit OpenHab2 auf sich hat und wie man Philips Hue und Homematic mit dem Pi ansteuert.

Was haben wir uns bestellt?

Auf der Raspberry-Homepage werden einige offizielle Shops aufgelistet, über die du den Pi bestellen kannst. Natürlich gibt es den Pi auch bei Amazon. Aber hier solltest du stets die Preise vergleichen, denn die Marketplace-Anbieter packen gerne ein paar Euros oben drauf. Wir haben uns für BerryBase aus Berlin entschieden. Unser Warenkorb sieht so aus:

• Raspberry Pi 4 – 4 GB Ram für 57,90 Euro
• Micro HDMI Adapterkabel für 5,90 Euro
• HDMI Kabel für 5,90 Euro
• Offizielles Raspberry Pi 4 Netzteil für 7,90 Euro
• Micro-SDHC Karte mit 16 GB (noobs vorinstalliert) für 8,90 Euro
• Gehäuse für 4,90 Euro
• 7 Zoll kapazitiver IPS Touch Monitor von Amazon für 49,99 Euro

Es gibt auch ein „Micro HDMI auf HDMI Kabel“. Das ist aktuell aber bei BerryBase vergriffen, weshalb wir in unserem Warenkorb auf den Adapter und ein normales HDMI-Kabel verweisen. Das HDMI Kabel nutzen wir für die Ersteinrichtung. Ist die Ersteinrichtung abgeschlossen, kann man zukünftig auch per SSH auf den Pi zugreifen. Das Touch-Display haben wir bestellt, weil wir hier später noch ein bißchen was damit vorhaben. Das Konfigurieren des Displays beschreiben wir aber schon in diesem Artikel.

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Das Problem mit dem USB-Stecker

Die aktuellen Raspberry Pi 4 Modelle haben ein Problem mit der USB-Schnittstelle. Laut dem Heise-Bericht teilen sich 2 Pins einen 5.100-Ohm-Widerstand, statt jeweils einen eigenen zu nutzen. Das hat zur Folge, dass der E-Marker den Einplatinencomputer als Audio-Gerät erkennt, welches nicht mit Energie versorgt werden muss. Das verwendete Netzteil spielt hierbei keine Rolle; es kommt auf das Kabel an. „Passive“ USB-Kabel, die für gewöhnlich Smartphones beiliegen, funktionieren hier ohne Probleme.

In den nächsten Monaten soll dieser Fehler bei künftigen Pi’s dann gefixt werden.

Raspberry Pi 4 Chips und Bauteile

• 01: Die GPIO-Leiste. Diese dient zur Anschluss und zur Steuerung weiterer Hardware wie z.B. einen Ein/Aus-Schalter oder einem Homematic-Modul
• 02: Gigabit Ethernet Netzwerkbuchse
• 03: Der WLAN-Funkchip (2.4 und 5 GHz) sowie Bluetooth 5.0
• 04: Power over Ethernet Pins (PoE). Dies erlaubt z.B. die Stromversorgung über das Netzwerkkabel
• 05: Dieser Chip verbindet die Netzwerkschnittstelle mit der CPU
• 06: Slot für die MicroSD-Karte
• 07: Die CPU (1,5 GHz Vierkern Cortex A72 Soc (System-On-A-Chip). Enthält neben dem Prozessor auch die Video-Core-VI Grafikeinheit
• 08: Der Arbeitsspeicher LPDDR4-Ram (1-4 GB)
• 09: Der USB 3.0 Controller
• 10: Zwei USB 3.0 Ports (z.B. für externe Festplatten)
• 11: Flachkabelverbinder zum Anschluss des offiziellen Raspberry Pi Touchscreens
• 12: Anschluss für das offizielle Kamera-Modul
• 13: USB-C Port für die Stromversorgung (keine Datenübertragung möglich). Siehe auch Abschnitt: Problem mit dem USB-Stecker)
• 14: Micro HDMI Buchse zum Anschluss eines Bildschirms
• 15: Micro HDMI Buchse zum Anschluss eines Bildschirms
• 16: 3,5″ Klinke als Audioausgang (sowie Composite Video-Ausgang)
• 17: Zwei USB 2.0 Ports (z.B. für Maus und Tastatus)

Extra Kühlung oder nicht?

Bei den Kühlern unterscheidet man zwischen aktiven und passiven Kühlern. Passiv bedeutet, dass das Kühlkörperelement die entstehende Hitze von der Hitzequelle ableitet.

Mit aktiven Kühlern sind Lüfter gemeint, die dafür sorgen, dass die Luft in dem Gehäuse ausgetauscht wird. Allgemein kann man sagen, dass bei der normalen Verwendung des Raspberry Pi 4 keine Lüftung oder Kühlung benötigt wird. Die Chips des Raspberry Pi 4 sind darauf ausgelegt, in einem kleinen Gehäuse unter Volllast zu laufen. Hier dürften keinerlei Probleme auftreten. Wenn man allerdings den Raspberry Pi übertaktet, oder dauerhaft an seiner Leistungsgrenze betreibt, sollte man evtl. über eine Kühlung nachdenken. Hier reicht es oftmals aber bereits aus, wenn sich das Board nicht in einem geschlossenen Gehäuse befindet, in der sich die Hitze staut.

Erste Inbetriebnahme

Vor der ersten Verwendung ist noch zu erwähnen, dass der Raspberry Pi über keinen separaten Ein/Aus-Schalter verfügt, da er ab Werk für einen Dauereinsatz vorgesehen ist. Du musst den Pi also per Kommando ordnungsgemäß herunterfahren. In den Folgeartikeln zeigen wir dir aber, wie du deinem Pi einen Ein/Aus-Schalter spendierst.

Zunächst setzen wir den Raspberry Pi 4 in sein Gehäuse ein. Anschließend stecken wir die MicroSD-Karte mit vorinstalliertem noobs in den SD-Karten Slot. Für die Erstinstallation schließen wir den Pi per „Micro HDMI auf HDMI“-Kabel an unseren Fernseher an. Irgendwo hatten wir auch noch eine USB-Maus und USB-Tastatur herumfliegen.

Nach dem Start des Pi hast du die Möglichkeit zunächst eine Verbindung zu deinem WLAN einzurichten. Anschließend selektierst du Raspbian Full und klickst auf installieren. Nun werden ca. 5,5 GB entpackt und auf der SD-Karte installiert.

Nachdem die Installation erfolgreich beendet wurde, startet der Pi die installierte Debian-Distribution. Dir steht nun der Raspberry Pi Desktop zur Verfügung.

Das Display konfigurieren

Wir hatten uns für das kapazitive 7 Zoll Display von Amazon entschieden, da dieses eine super Blickwinkelstabilität sowie Touch-Erkennung bietet und zudem noch sehr günstig ist

Das Display schließt du mittels HDMI für die Bildübertragung und USB für die Touch-Events bzw. als Stromversorgung an den Raspberry Pi an. Das Display muss nun noch konfiguriert werden, da es von Haus aus über keine passende Auflösung für den Pi verfügt. Hier stellt der Hersteller aber ein Skript in einem Git-Repository bereit:

Nun öffnest du das Terminal. Mittels Umschalt STRG + kannst du das Terminal heranzoomen. Du befindest dich in deinem Home-Verzeichnis. Gib nun folgende Kommandos in das Terminal ein:

git clone https://github.com/goodtft/LCD-show.git
 chmod -R 755 LCD-show
 cd LCD-show
 sudo ./LCD7C-show

Die korrekte Auflösung wird nun gesetzt und als Autostart hinterlegt. Der Pi startet nun neu und die Auflösung sollte optimal eingestellt sein.

Anpassung für den VI-Editor

Wenn du den vi in der Konsole verwendest, wirst du feststellen, dass der Editor die Cursor-Tasten anders interpretiert:

• Cursor runter erzeugt ein B
• Cursor hoch erzeugt ein A
• Cursor links erzeugt ein D
• Cursor rechts erzeug ein C

Um das zu beheben installierst du zunächst vim:

sudo apt-get install vim

Anschließend gehst du in dein Homeverzeichnis und erstellst die neue Datei (falls noch nicht vorhanden) „.vimrc“ mit dem Inhalt:

set compatible

Damit solltest du den vi wie gewohnt nutzen können.

Root-Passwort ändern und Benutzer wechseln

Da das Betriebssystem des Raspberry Pi immer als Image-Datei ausgeliefert wird, ist hier auch stets der Username und das Passwort immer gleich. Der Standard-Benutzername lautet „pi“ und das Standard-Passwort „raspberry“. Dieses kannst du mittels Eingabe des Kommandos passwd ändern, oder du änderst es im Einrichtungsdialog, der beim ersten Start des Pi angezeigt wird.

Das ändern des Benutzer-Passworts stellt allerdings nur die absolut minimale Sicherheitsvorkehrung dar. Es ist niemals eine gute Idee, diesen Benutzer existent zu lassen. Besser ist es, wenn man sich einen neuen Benutzer erstellt und den Benutzer Pi am Ende löscht.

Bevor wir einen neuen Benutzer anlegen, öffne über die Einstellungen die Raspberry Pi Konfiguration. Hier deaktivierst du nun, dass sich der Benutzer Pi automatisch am System anmeldet.

Anschließend öffnest du ein Terminal-Fenster und legst einen neuen Benutzer an:

sudo adduser DeinNeuerBenutzer

Vergib ein neues Passwort für deinen Benutzer und bestätige dieses noch einmal. Die folgenden Angaben wie Name, Telefonnummer sind optional.

Dein neuer Benutzer besitzt nun allerdings noch keine Root-Rechte. Um dies zu ändern trägst du in der Datei

sudo vi /etc/sudoers

ganz am Ende folgende Zeile ein:

DeinNeuerBenutzer ALL=(ALL) NOPASSWD: ALL

Dies speicherst du mit :wq! und deaktivierst den Benutzer Pi mit dem Kommando:

sudo usermod -L pi

Ist das erledigt startest du das System mit

sudo reboot

neu. Melde dich nun mit deinem neuen Benutzernamen an, öffne ein Terminal-Fenster und lösche den Benutzer Pi mit:

sudo userdel pi

Damit hast du nun sichergestellt, dass niemand von außerhalb deinen Raspberry-Pi-Benutzer kennt.

Zugriff per SSH

Um mit einem anderen Computer mittels SSH auf den Raspberry Pi zugreifen zu können ist es sinnvoll, wenn du dem Pi eine feste IP-Adresse zuweist. Dazu gehst du in deine Router-Einstellungen (bei uns ist es die FritzBox). Hier findest du unter Heimnetz => Netzwerk alle verfügbaren Netzwerkgeräte. Da wir am Anfang das WLAN am Pi eingerichtet haben (oder du ein RJ45-Kabel angeschlossen hast), sollte der Pi hier in der Liste auftauchen. Klicke nun auf bearbeiten und weise dem Pi eine feste, interne IP-Adresse zu.

Seit dem letzten Update ist SSH per default deaktiviert. Da wir nun ein Display konfiguriert haben, kannst du das bequem über den Desktop einschalten. Gehe dazu in die Einstellungen und öffne hier die Raspberry Pi Konfiguration. Unter Schnittstellen kannst du nun SSH aktivieren.

Nun ist es dir möglich dich mit jedem PC, der sich in deinem Netzwerk befindet, über SSH mit dem Pi verbinden. Entweder nutzt du beim Mac das Terminal, oder bei Windows z.B. PuTTY. Dies geschieht z.B. mit:

ssh DeinBenutzername@192.168.178.122

Den SSH-Zugang absichern

Du solltest nun noch sicherstellen, dass sich niemand mit dem Benutzer root per SSH anmelden kann. Um das zu gewährleisten, musst du die Datei editieren:

sudo vi /etc/ssh/sshd_config

Füge am Ende der Datei folgende Zeile ein und speichere diese mit :wq!

PermitRootLogin no

Remote auf die grafische Oberfläche zugreifen

Möchtest du per Remote-Session auf die grafische Oberfläche des Raspberry Pi zugreifen, musst du zunächst im Kontrollzentrum die Schnittstelle VNC aktivieren.

Nun müssen wir noch ein paar zusätzliche Einstellungen vornehmen. In der rechten, oberen Ecke erscheint nun das VNC Server Icon. Klicke es an und dann weiter auf die 3 Menü-Striche rechts oben. Hier wählst du den Menüpunkt Optionen aus.

Im Tab Security wählst du als Authentifizierung VNC-Kennwort aus. Weiter gehts zum Tab Benutzer und Berechtigungen. Hier selektierst du den Standardbenutzer und vergibst ein neues Passwort.

Das war es auch schon zu den Einstellungen. Beim Mac öffnest du nun die Bildschirmfreigabe, oder du öffnest über den Finder die Option „Mit Server verbinden“ (Go => Connect to Server). In beiden fällen tippst du nun vnc:// gefolgt von unserer oben festgelegten IP-Adresse ein:

vnc://192.168.178.128

Nun wirst du noch nach dem eben hinterlegten Passwort gefragt und schon bist du remote auf dem Raspberry Pi-Desktop.

Den Raspberry Pi neustarten und ausschalten

Da wir eingangs erwähnt hatten, dass man den Raspberry Pi ordnungsgemäß herunterfahren muss, wenn man ihn denn ausschalten möchte, und wir noch keinen Ein/Aus-Schalter haben, kannst du ihn per SSH herunterfahren. Auch hier gibt es wieder verschiedene Varianten wie sudo shutdown, der den Pi erst nach 1 Minute herunterfährt, oder mittels Parameter auch schneller: sudo shutdown -h 0 oder sudo shutdown -h now. Da sich das aber niemand merken möchte, kannst du auch einfach ein Alias verwenden:

sudo poweroff

Auch für den Reboot existiert ein Alias:

sudo reboot

Stromverbrauch

Die 4GB-Variante des Raspberry Pi 4 hat mit unserer Konfiguration einen aktuellen Stromverbrauch von 30,42 Watt. Mit 30 Cent pro kWh gerechnet sind das bei einer durchgängigen Laufzeit von 24h run 21 Cent pro Tag.

Schließt du das kapazitive Display an, so erhöht sich der Stromverbrauch auf 60,49 Watt, was dann einen Stromverbrauch von ca 43 Cent pro Tag entspricht.

Fazit

Damit sind wir auch schon am Ende unseres ersten Teils angelangt. Wir haben die Kiste nun in Betrieb genommen, können remote per SSH und VNC darauf zugreifen und können auch einen externes Display nutzen. Im nächsten Teil schauen wir uns an, wie wir OpenHab2 installieren und konfigurieren. Bis dahin viel Spaß mit deinem Pi.