R A S P B E R RY PI - WI-FI OG FJ E RN STYR IN G

Informationsteknologi B!!!!! Emil B. Olsen og Niclas C. Frank R A S P B E R RY PI - WI-FI OG FJ E RN STYR IN G Eksamensprojekt i Informationsteknologi B Niclas Correll Frank og Emil Brogaard Olsen 9. maj 2014 Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 1

INDHOLDSFORTEGNELSE Indledning! 3 Baggrund" 3 Problemformulering" 4 Målgruppedefinition" 4 Løsningskrav" 4 Produkt/løsningsovervejelser" 5 Teori! 6 Raspberry Pi" 6 VNC" 6 Design! 8 Skitse" 8 Skitseforklaring" 8 Produkt! 9 Opsætning af Wi-Fi" 9 Hardware problemer ved Wi-Fi opsætning" 13 Opsætning af VNC forbindelse" 14 Test! 18 Testbeskrivelse" 18 Test af produkt" 18 Testkonklusion" 19 Refleksion! 20 Konklusion! 20 Produkt - guide! 21 Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 2

Informationsteknologi B!!!!! Emil B. Olsen og Niclas C. Frank I N DLEDNING Indledende overvejelser omkring projektet Baggrund Projektet startede egenligt ved at vi gerne ville bruge en Raspberry Pi til at kontrollere en irobot Create, som er en lille robot fra mærket irobot, der mest er kendt for deres robotstøvsugere. Vi ville så montere en Raspberry Pi på robotten og over Wi-Fi styre kommunikere mellem Raspberry en og en computer. Herunder ses et billede af en irobot med en Raspberry Pi monteret. Efter længere tids overvejelse omkring, hvordan vi skulle få Raspberry en og robotten til at kommunikere valgte vi i stedet at fokusere på at tilføje mulighed til Raspberry en for at tilgå Wi-Fi og også at kunne #ernkontrollere den. To ting som også er relevante i forhold til mange andre ting. Wi-Fi muligheden er et stort irritationsmoment for mange brugere af Raspberry Pi. At være a$ængig at et Ethernet kabel kan være et problem når man fx bruger Raspberry en som mediecenter da det ikke er alle der har adgang til et kabel ved TV. Derimod har de fleste hjem i dag adgang til trådløst Wi-Fi der ikke stiller nogen krav til hvor man kan bruge Raspberry en inde for hjemmets vægge. I forhold til #ernkontrol af Raspberry en er det også en ting der er meget anvendelige i flere forskellige situationer. Både som i Wi-Fi med muligheden for at #ernstyren den ved brug af Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 3

Raspberry en som mediecenter, eller fx. ved brug af Raspberry en som server, er det en kæmpe fordel at kunne tilgå enheden uden at skulle til at koble en skærm og tastatur til. Dette er især en fordel hvis man bruger flere Raspberry er og skal uploade en opdatering eller lign. til flere enheder. Problemformulering Det problem som vi gerne vil løse er, at der fra standart ikke er mulig for at tilslutte Raspberry Pi til et trådløst netværk (WLAN). Derudover vil vi også gerne arbejde med muligheden for at #ernkontrollere Raspberry Pi en via. Wi-Fi. Målgruppedefinition Målgruppen for vores produkt er person med interesse for minicomputere som Raspberry Pi. Det kan være personer der gerne vil benytte Raspberry Pi en til at lave deres egen webserver, mediecenter el. lign. Derudover kan vores målgruppe også være unge der bruger Raspberry en i skoleprojekter, og ønsker mulighed for at tilgå Wi-Fi eller #ernkontrollere Raspberry Pi en. Ud fra dette er vores målgruppe forholdsvis unge mænd i alderen 15-25år der interesserer sig for computere og IT generelt. Løsningskrav Vi har lavet en række krav som vores endelige produkt skal overholde, da vi har nogen grundlæggende krav som vi mener skal være opfyldt for at produktet løser vores problemstilling. Vores løsning skal være let at implementere, ved at benytte hardware der allerede er tilgængelig, og software der er gratis at benytte i undervisnings og privat øjemed. Vores løsning skal ikke fylde væsenligt i forhold til Raspberry Pi en, da en af de store fordele ved Raspberry Pi en er dens kompakte størrelse. Derfor vil et fysisk stort produkt ødelægge idéen med Raspberry Pi en. Vores løsning skal ikke kræve ekstra arbejde med opstart af Raspberry Pi en, hvilket vil sige at den skal kunne være tilsluttet til Raspberry en hele tiden og ikke kræve opstart af noget Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 4

software ved boot. Dette krav er kun ment som et krav for Wi-Fi delen. (Vi ser ingen grund til at have #ernkontrols software kørende hele tiden). Produkt/løsningsovervejelser Som produkt vil vi gerne lave en løsning der gør at vores Raspberry Pi kan kobles op på et trådløst netværk. Denne løsning skal selvfølgelig overholde så mange af de overstående krav som muligt. Derudover vil vi også opbygge en mulighed for at kunne #ernkontrollere Raspberry Pi en således at man kan benytte den uden skærm og tastatur samt mus tilkoblet. Vi har også snakket om at udarbejde en guide til hvordan man kan få sin Raspberry Pi opkoblet til et trådløst netværk. Idéen bag dette tager udgangspunkt i at Raspberry Pi en er meget anvendt i forskellige projekter på vores gymnasie, HTX Roskilde. Derved ville det spare en masse tid for skolens elever, hvis der var udarbejdet en trin-for-trin guide til hvordan man fik koblet Raspberry Pi til det trådløse netværk, hvilket er en egenskab der kan bruges i et bredt udvalg af projekter. Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 5

TEORI Teori omkring de forskellige elementer i vores projekt Raspberry Pi Raspberry Pi er en lille computer der er baseret på BroadCom BCM2835 s system-on-a-chip princip, hvilket vil sige at både CPU og GPU er samlet i en enkelt chip. BCM2835 eren har en indbygget ARM CPU med en enkelt kerne der kører med en clockhastighed på 700 MHz. Derudover varetages grafikprocesserne af en VideoCore IV GPU med enten 256MB eller 512MB VRAM. Raspberry Pi har ikke et indbygget lagringsmedie, men i stedet en SD-kort indgang. Hvilket vil sige at Raspberry Pi skal bruge et SD kort som hukommelseslager og SD-kortet skal have indeholde operativsystemet. En fordel ved system-on-a-chip princippet er, at man kan lave selve Raspberry Pi en fysisk lille, da CPU, GPU, Chipset osv. er indbygget i en enkelt chip. Dette gør den optimal til brug i undervisning, men også i hjemmet, fx som mediecenter hvor man nemt kan montere den lille enhed bag på TV et eller computeren. Raspberry Pi blev designet og produceret med henblik på den skulle bruges til undervisning i grundlæggende ting inden for datalogi. Den bruges bland andet på mange skoler og gymnasier verden over. Den produceres af Raspberry Pi foundation som også har udarbejdet forskellige Unix-baserede operativsystemer. Blandt andet Debian distributionen, Raspbian, der er det mest udbredte operativstyresystem til Raspberry Pi. VNC Virtual Network Computing (VNC), er en teknologi til grafisk deling af en computers GUI over en netværksforbindelse, oftest benyttes VNC over LAN eller eller WLAN/Wi-Fi. En VNC forbindelse består af en VNC server, en VNC klient og en protokol til at formidle forbindelsen. En fordel ved VNC er, at serveren ikke behøver et fysisk display tilkoblet, for at VNC virker. Derudover er en anden fordel at den protokol VNC bruger, RFB, Remote Frame Buffer, fungerer ved at sende dataen ved at opdele skærmbilledet i et koordinatsystem og derved blot sender koordinaterne til de forskellige pixels til VNC klienten. Derved fungerer VNC på tværs af både Windows, Macintosh og langt de fleste Linux distributioner. En ulempe ved VNC er, at VNC i sin simpleste form bruger en del båndvidde, når der overføres data mellem VNC serveren og klienten. Dette forbedres ved at bruge forskellige Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 6

enconding-teknikker. Oftest bruges raw-enconding, som går ud på at hvert enkelt pixel overføres mellem serveren og klienten, således at en fuldt skærmbillede opstår hos klienten. Ved raw-enconding, sendes kun de pixels der så ændrer sig, således sparer man en del data, ved kun at skulle sende ændringerne i pixels og altså ikke et helt nyt skærmbillede ved hver billedopdatering. Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 7

Skitse DESIGN Beskrivelse af det overordnede design for produktet Skitseforklaring Skitsen viser det overordnede design af vores løsning. Vores Raspberry Pi har tilsluttet en USB Hub med ekstern strømforsyning (ikke på skitsen), hvor et WLAN model fra ASUS er tilsluttet. WLAN modulet kan så bruges til at tilgå Raspberry Pi en via. VNC (Virtual Network Computing) således at den kan #ernkontrolleres over en Wi-Fi forbindelse. Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 8

PRODUKT Gennemgang af hvordan produktet blev lavet Opsætning af Wi-Fi For at få Raspberry Pi en tilkoblet WLAN, er det først nødvendigt at vi finder en WLAN controller der mere eller mindre er kompatibel med vores Raspberry Pi. Efter længere tids informationssøgning stod det klar, at langt de fleste WLAN USB controllere der er baseret på RealTek s RTL8192CU USB 2.0 WLAN controller burde fungere med distributionen, Raspbian (Wheezy), som vi kører. Vi endte med at vælge Asus N10, da den var nemt tilgængelig at indkøbe. Derudover er det også nødvendigt at benytte en USB hub med ekstern strømforsyning. Da WLAN modulet trækker mere end den 1A som Raspberry Pi ens USB output er rated til at levere. Første skridt er at koble N10 modulet til Raspberry en, og se om Raspberry en kan genkende modulet. Kommandoen lsusb bruges, der viser alle USB enheder tilkoblet Raspberryen. Vores Raspberry Pi genkender enheden som Device 008, hvilket betyder at vi kan forsætte konfigurationen af modulet. Næste skridt er at redigere /etc/network/interfaces filen, hvor der skal tilføjes indstillings-kommandoer til WLAN modulet, så det kan logge på trådløse netværker. Som standard ligger indstillingerne til LAN/Ethernet forbindelse i filen, hvilket vi bevarer: Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 9

auto wlan0, tiføjes til interface filen for at sikre at at processen startes når Raspberryen tændes. Derefter konfigureres DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), protokollen som tilfører vores Raspberry Pi de nødvendige netværksoplysninger. Til sidst defineres navnet på det Wi-Fi netværk vil vil forbinde til, netværkets SSID. Samt dets password. Derefter gemmes ændringerne og Raspberry Pi en genstartes. Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 10

Nu burde vores WLAN forbindelse virke, men vi måtte desværre erfare at vi ved boot kun havde ganske få sekunders netadgang, inden forbindelsen forsvandt igen - dette kan vi vise med at pinge en tilfældig webserver, fx google.com og se hvor hurtigt vi taber forbindelsen: Ved at køre lsusb, kommandoen kunne vi se at WLAN modulet var forsvundet fra listen over aktive USB enheder: Derfor besluttede vi os for at læse op på RLT8192CU controlleren, der vi mistænkte at det var her fejlen lå. Efter længere tids søgen på diverse fora fandt vi frem til andre personer med samme problemer. Det viser sig, at nogen varianter af controlleren har indbygget en standby funktion Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 11

der ved inaktivitet slår WLAN modulet fra. Ved normalt brug på fx. en Windows maskine, hvor de optimale drivere er installeret er det intet problem systemet at sende besked til modulet om at det skal vågne fra standby ved netværksaktivtet. Dog var dette ikke tilfældet ved brug af vores Asus N10 WLAN adaptor og Raspbian. Vi fandt frem til at man kunne oprette en kommando der frabad WLAN modulet at gå i standby: Og tak til brugeren perseus286 fra adafruit.com forummet for idéen med at frakoble standby funktionen: Herefter virkede vores WLAN konfiguration efter en genstart: Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 12

Og der var ikke længere problemer med at WLAN modulet gik i standby: Hardware problemer ved Wi-Fi opsætning I løbet af projektet blev der brugt en del tid på at pakke vores Raspberry Pi, med skærm, strømforsyning, tastatur, mus, USB hub og strømforsyning til hub en. Derudover brugte vi også noget tid hjemme på at arbejde på projektet. Derfor blev projektet pakket ned og op mange gange. Et par dage inden projektafleveringen var projektet pakket ned og skulle pakkes ud hjemme hos et af gruppemedlemmerne. Da strømforsyningen til USB-hub en er af en meget universal type, skete det uheldige, at der blev byttet rundt på strømforsyningen til USB-hub en, hvilket resulterede i at vores USB-hub fik tilført langt højere forsyningsspænding end den var bygget til. Vores USB hub, leverede et par flotte sitre lyde, hvorefter den begyndte at lugte af brændt elektronik. Hub en blev hurtigt frakoblet og strømmen taget fra Raspberry Pi en. Desværre måtte vi efter længere tids fejlsøgning, konkludere, at vi stod med en defekt USB hub. Men derudover var vores tastatur, mus og ikke mindst vores WLAN modul desværre defekt. Vi var dog heldige, da vi havde indkøbt et ekstra Asus WLAN modul, så vi kunne nøjes med at indkøbe en ny USB hub. Derudover havde skolen et tastatur og en mus vi kunne benytte. Dette viser meget godt, hvilke uforudsete udfordringer man kan komme ud for i projekter som dette. Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 13

Opsætning af VNC forbindelse For at kunne tilgå vores Raspberry Pi, skal vi først konfigurere Raspberry en således at den kan bruges som VNC server. Først skal vi aktivere SSH på vores Raspberry Pi. SSH er en forkortelse af Secure Shell og er en protokol der bruges til at kryptere data ved #ernadgang til enheden. Dette gjorde vi ved at tilgå boot-menuen på Raspberry en med følgende kommando, sudo raspi-config. Dette frembringer denne menu: Dette tillader at vi kan tilgå Raspberry en gennem en sikker VNC forbindelse. Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 14

Derefter skal vi opsætte en VNC server på vores Raspberry Pi. Vi gør det ved at bruge det lille program TightVNCServer. Programmet startes på Raspberry en blot ved at skrive tightvncserver i terminalen. For at tilgå Raspberry en fra en anden computer skal vi kendes den IP-adresse vores Raspberru er tildelt på netværket. Dette gøres ved at bruge kommandoen, sudo ifconfig: Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 15

I vores tilfælde kan vi se vores IP adresse under wlan0, hvor den står til at være 192.168.1.10. IP adressen kan vi nu bruge til at indsætte i vores VNC klient, som er en bærbar computer tilkoblet samme trådløse netværk. Vi bruger VNC klient software fra RealVNC som er frit tilgængeligt. Bemærk at hvis ens netværk tildeler Raspberry en en dynamisk IP, som vil skifte hver gang den kobles til det trådløse netværk, kan det være en fordel, erfarede vi, at skifte til en statisk IP. Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 16

Herefter har vi fri adgang til at #ernkontrollere vores Raspberry Pi fra vores bærbare computer, der kører windows: Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 17

TEST Test af produktet - lever det op til kravende i indledningen? Testbeskrivelse Vi har valgt at lave en opdeling af vores test da vores produkt ligger op til to forskellige testmetoder. Vores første produkt, selve vores opsætning af Wi-Fi modul og #ernkontrolsegenskab vil blive testet ved at teste om selve produktet lever op til kravspecifikationerne. Det andet produkt, vores guide, vi har udarbejdet på baggrund af egne erfaringer, vil vi teste ved hjælp af Tænke Højt Testen, hvor vi tester guidens brugervenlighed. Tænke Højt Test eller Think aloud protocol er en bredt anvendt usabilitytest, hvor man tester sit produkt på sin målgruppe og bedre dem om deres indtryk af brugen af produktet og altså dermed brugervenligheden. Test af produkt I forhold til vores produkt, vores Raspberry med Wi-Fi adgang og mulighed for #ernstyring vil vi mene at vores løsning lever op til de fleste af kravspecifikationerne. Vores løsning er på baggrund af vores udarbejdede guide ret nem at implementere. Derudover har vi heller ikke forøget den fysiske størrelse af Raspberry en særlig meget. Vi har tilføjet en USB hub på 10x4cm og en dertilhørende strømforsyning. Vi benytter Tænke Højt Testen ved at opstille en række testopgaver som vores testperson skal løse og samtidig spørger vi ind til forskellige aspekter af brugervenligheden. Det er blandt andet spørgsmål om de synes det er nemt at danne sig et hurtigt overblik over guidens faser, for at teste om guidens layout er overskuelig. Derudover bliver testpersonen også spurgt om de kort kan opsummere de forskellige trin, for at se om guiden er skrevet i et sprog, der er nemt at forstå og derved videreformidle. Til sidst bliver testpersonerne også spurgt om at udføre selve guiden for at se om sammenhængen mellem guidens indhold og guidens formål er optimalt sammenhængende. Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 18

Vi har nået at lavet vores Tænke Højt Test på to personer inden for målgruppen. Person 1 - synes at opdelingen mellem hvert trin ikke er helt tydelig nok, hvilket han mener gør et samlet overblik svært. Mener at skrifttypen er god, da den er simpel og let læselig. Har ingen synderlige problemer med at kort opsummere hvert trin med egne ord. Kommer igennem guiden uden andre hjælpemidler. Person 2 - Finder opdelingen fin, men synes at teksten godt kunne have større linjeafstand. Kommer ikke gennem testen inden for den afsatte testtid, da han har problemer med at udføre de forskellige kommandoer. Foreslår selv at opdele kommandoerne i farver. Testkonklusion Vi kan konkludere at vores produkt lever op til de fleste af vores krav. Dog er der plads til forbedringer. Fx finder vi det ikke optimalt at vores løsning kræver endnu en strømforsyning til USB hub en. Optimalt set, ville vores løsning kunne trække strøm fra Raspberry en. Men der er ikke nogen WLAN USB moduler på markedet der er kompatible med Raspberry en, uden en ekstern strømforsyning. I forhold til Tænke Højt Testen af vores guide, kan vi konkludere at der er forbedringsgrundlag. Vi har valgt på baggrund af testen at ændre forskellige parametre i guidens layout. Forskellen i skriftstørrelse forøges og linjeafstanden justeres, så der kommer mere luft i teksten. Derudover vil vi på baggrund af testen også opdele kommandoerne i guiden i farver alt efter deres funktion. Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 19

REFLEKSION Evaluerende tanker om projektet Generelt set er vi fint tilfredse med projektet. Vi havde dog lidt startvanskeligheder i forhold til at vi ikke helt kunne bestemme os for emne. Derudover var der også et par døde perioder gennem projektet, hvor vi gik og ventede på dele der var indkøbt. Vi fandt det ret interessant at skulle håndtere de forskellige udfordringer gennem projektet. Når der skete nogen der vi ikke helt kunne forstå hvorfor ske, fx da vores WLAN modul per definition slukkede efter få sekunder var det interessant at prøve at informationssøge omkring problemet og komme på en løsning. KONKLUSION Opsummering og afrunding af projektet Vi kan overordnet konkludere at vores løsning opfylder de fleste af vores krav opsat i starten af projektet. Derudover kan vi også konkludere at vi fik konfigureret vores Raspberry Pi, således at den har adgang til trådløst netværk. Samtidig fik vi også opsat en mulighed for at #ernkontrollere Raspberry en via VNC. Selve produktet er der dog nogle ting som vi ikke finder fuldstændigt optimale. Blandt andet det faktum at vores USB hub kræver ekstern strømforsyning, er en ulempe i forhold til vores krav og oprindelige idé. Vi havde gennem projektet også nogle problemer med den hardware vi arbejde med. Blandt andet havde vi problemer med vores WLAN modul der gik i standby mode, hvilket viste sig at vore forholdsvis nemt at løse. Derudover havde vi også det problem at vi havde et uheld med vores USB hub, som resulterede i at vi måtte indkøbe en ny USB hub, tastatur og mus. Samlet set er vi tilfredse med vores produkt, men vi mener også selv at vi godt kunne have udnyttet tiden en smule mere effektivt og måske havde udbygget produktet yderligere. Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 20

PRODUKT - GUIDE RTG s guide til opsætning af Wi-Fi på Raspberry Pi Denne guide er skrevet til dig der skal bruge Wi-Fi egenskaber på din Raspberry Pi til et skoleprojekt, eller måske blot til din egen Raspberry Pi. Ting du skal bruge: - Raspberry Pi der kører seneste version af Raspbian. - USB Wi-Fi modul baseret på RealTek 8192CU WLAN controller. - USB Hub med egen strømforsyning. - Trådløst netværk, til at teste din opsætning. (Du skal kende netværkets SSID og password) Trin 1 Tænd Raspberry Pi en uden Wi-Fi USB modulet tilsluttet. Log ind med brugernavn og password. (Standard brugernavn er Pi og password er raspberry. Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 21

Trin 2 Start Raspbians grafiske brugerflade (GUI) ved at skrive følgende kommando: pi@raspberrypi ~ $ startx Trin 3 Åben Terminalen ved at benytte LXTerminal, der følger med Raspbian distributionen. Skriv følgende kommando i Terminalen: pi@raspberrypi ~ $ sudo nano /etc/network/interfaces Din standardkonfigurations skulle gerne se således ud: auto lo iface lo inet loopback iface eth0 inet dhcp allow- hotplug wlan0 iface wlan0 inet manual wpa- roam /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf iface default inet dhcp Trin 4 Erstat overstående standardkonfiguration for /etc/network/interface med følgende: Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 22

auto lo iface lo inet loopback iface eth0 inet dhcp allow- hotplug wlan0 auto wlan0 iface wlan0 inet dhcp wpa- ssid Dit netværks SSID wpa- psk Dit netværks password Husk at indsætte SSID en og passwordet for dit eget netværk på de grønne pladser i koden. Bemærk at tegnende skal beholdes rundt om SSID og password. Trin 5 Når du er færdig tryk ctrl+x hvorefter Terminalen vil spørge om du vil gemme ændringen. Tryk da y for ja og derefter enter for at bekræfte fil lokationen. Trin 6 Du er nu færdig med opsætningen og skal til slut tilslutte Wi-Fi USB modulet og genstarte Raspberry en, evt ved hjælp af nedenstående kommando: pi@raspberrypi ~ $ sudo reboot Trin 7 For at teste din Wi-Fi forbindelse skal du huske at frakoble evt. kablet Ethernet forbindelse. Test evt. ved at benytte Midori browseren eller i terminal at pinge en webserver fx. ved kommandoen ping google.com Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 23

Tip! Det kan ske at der ved brug af visse USB Wi-Fi moduler opleves udfald i forbindelsen eller at den ophører med at fungerer efter et stykket tid. Dette skyldes at modulet utilsigtet går i standby mode for at spare strøm. Dette kan løses ved at oprette en fil kaldet /etc/modprobe.d/8192cu.conf: pi@raspberrypi ~ $ sudo nano /etc/modprobe.d/8192.conf I den oprettede fil skal indeholde følgende kommando, der vil frakoble standby funktionen i Wi-Fi moduler baseret på RealTek 8192 controlleren: options 8192cu rtw_power_mgnt=0 rtw_enusbss=1 rtw_ips_mode=1 Husk til sidst at genstarte Raspberry en for at sikre at ændringen træder i kraft: pi@raspberrypi ~ $ sudo reboot Guide slut Klasse 3.4 - Eksamensprojekt Informationsteknologi! 24