🍓 Raspberry Pi 5 y Linux

Una imagen de cámara de 640 × 480 tiene más de 900 mil números (tres colores por píxel), y llegan decenas por segundo. El ESP32 tiene memoria para guardar solo algunas de esas imágenes y no puede ejecutar las bibliotecas de visión que vas a usar. El Raspberry Pi 5 es una computadora completa del tamaño de una tarjeta de crédito: procesador de cuatro núcleos, gigabytes de memoria, sistema Linux, Python y OpenCV. Se encarga de ver y decidir; el ESP32 sigue controlando los motores.

Cómo leer: la flecha cian es ancha en datos (la imagen completa); la flecha morada lleva solo una frase corta. Esta asimetría es el diseño de casi todos los robots con visión: la computadora procesa la imagen y el microcontrolador recibe solo la orden. Armarás esta conexión en el módulo 3.5.

Por qué aprender

Saber qué hace bien cada placa evita los dos errores clásicos de esta etapa: intentar hacer visión en el microcontrolador (no tiene capacidad suficiente) y conectar un motor directamente al Pi (vibra, se retrasa y a veces quema un pin). El Pi 4 todavía sirve para lo básico de este módulo; para usar una cámara con un detector de objetos, el Pi 5 es la opción adecuada.

Conceptos clave

Dentro del robot, el Pi no tendrá pantalla ni teclado. Por eso lo preparas en modo «headless» (sin cabeza): grabas el sistema en la tarjeta con Raspberry Pi Imager, y dejas configurados el nombre, el usuario, el Wi-Fi y SSH; después accedes a todo por la red desde tu computadora. El sistema es Raspberry Pi OS 64-bit, actualmente basado en Debian «Trixie». Para un robot, la versión Lite (sin entorno de escritorio) es más liviana; si prefieres ver un entorno de escritorio al principio, usa la versión completa.

Cómo leer: los tres cuadros morados ocurren con la tarjeta y la placa; el cian representa la comunicación entre tu computadora y el Pi. Si falla el paso 4, casi siempre el error está en el paso 1 (contraseña del Wi-Fi mal escrita o SSH desactivado).

Paso a paso

Objetivo: entrar al Pi por la red y dejar el sistema actualizado. Cambia <tu_usuario> por el usuario que creaste en Imager.

# 1) En TU computadora: entrar al Pi (la primera vez, responde "yes")
ssh <seu_usuario>@robo.local

# 2) Ya dentro del Pi: actualizar la lista de paquetes y el sistema
sudo apt update
sudo apt full-upgrade -y

# 3) Comprobar qué está en ejecución
cat /etc/os-release | grep PRETTY_NAME   # debe mencionar Debian y "trixie"
uname -m                                # aarch64 = sistema de 64 bits
hostname -I                             # dirección IP del Pi en la red

# 4) Reiniciar para aplicar las actualizaciones del núcleo
sudo reboot

Por qué aprender

Un Pi preparado correctamente se conecta al robot y aparece en la red por sí solo. Configurar todo en Imager te ahorra el monitor, el teclado y los intentos de editar archivos de configuración a mano, donde muchas personas se traban al principio.

Conceptos clave

En el robot, casi siempre te comunicarás con el Pi por medio de la terminal: una línea de texto donde cada comando es una palabra corta seguida de opciones. No necesitas memorizar decenas de comandos. Con unos quince puedes recorrer las carpetas, editar el código, instalar paquetes y descubrir por qué algo dejó de funcionar.

Cómo leer: a la izquierda, la raíz y tres carpetas del sistema; a la derecha, lo que tú mismo crearás dentro de tu carpeta personal. Mantén siempre tus archivos en ~: así no modificarás nada del sistema por accidente.

Objetivo: crear la carpeta del curso, escribir un archivo, comprobar el espacio libre y apagar el Pi de forma segura.

mkdir -p ~/robo && cd ~/robo        # crea la carpeta (si no existe) y entra en ella
pwd                                 # muestra /home/<tu_usuario>/robo
echo "robo listo" > notas.txt       # crea un archivo con una línea
cat notas.txt                       # muestra el contenido
ls -l                               # lista con tamaño y fecha
df -h /                             # espacio libre en la tarjeta
free -h                             # memoria total y en uso

# Apagar de forma segura (espera a que el LED verde se apague antes de desconectar la alimentación)
sudo shutdown -h now

Por qué aprender

Todo lo demás de la ruta (cámara, YOLO26, comunicación con el ESP32) y la Ruta 4 completa (ROS 2) se hacen en la terminal. Quienes dominan estos comandos resuelven por su cuenta situaciones como "se llenó la tarjeta", "el programa se trabó" y "dónde guardé ese archivo".

Conceptos clave

Si intentas pip install directamente en Raspberry Pi OS, verás el error externally-managed-environment. No es un defecto: el sistema protege el Python que usa. La solución correcta es crear un entorno virtual (venv) para el robot. Un detalle importante en el Pi: crea el venv con --system-site-packages, para que pueda ver las bibliotecas instaladas por el sistema, como picamera2 (cámara) y gpiozero (pines).

Cómo leer: el venv (morado) se superpone al Python del sistema (cian). La flecha muestra que, con la opción --system-site-packages, el venv "mira hacia abajo" y encuentra la cámara y los pines; sin ella, import picamera2 falla dentro del venv.

Objetivo: crear el venv del curso, activarlo, instalar un paquete y comprobar que puede ver las bibliotecas del sistema.

# Crear el entorno (solo una vez)
python3 -m venv --system-site-packages ~/robo-venv

# Activar (cada vez que abras una terminal nueva)
source ~/robo-venv/bin/activate      # el prompt muestra "(robo-venv)" al inicio

# Instalar paquetes DENTRO del venv (sin sudo)
pip install --upgrade pip
pip install numpy

# Probar: versión de Python y bibliotecas del sistema visibles
python -c "import sys; print(sys.prefix)"
python -c "import gpiozero, picamera2; print('gpiozero e picamera2 OK')"

# Salir del venv cuando quieras
deactivate

Por qué aprender

OpenCV, Ultralytics y pyserial, que usarás en los próximos módulos, se instalan todos en este venv. Hacerlo bien ahora evita el problema más común de visión en el Pi: «la cámara funciona en la terminal, pero mi script no encuentra la biblioteca».

Conceptos clave

El Pi 5 tiene una doble fila de 40 pines, como el ESP32 tiene los suyos. Algunos suministran energía (3,3 V, 5 V y GND); la mayoría son GPIO, pines que tu programa activa, desactiva o lee. En Python, la biblioteca gpiozero los convierte en objetos sencillos: LED(17), Button(27). En el robot, el GPIO del Pi sirve para los LED de estado, un botón de parada y la conexión serial con el ESP32; los motores quedan a cargo del ESP32.

Cómo leer: el rectángulo marca el inicio del conector, visto desde arriba, con el pin 1 en la esquina (cuadrado en la placa). El rojo es alimentación, el gris es GND y el morado es el GPIO que vas a usar. El botón va en el pin 13, justo debajo del 11, y en el GND del pin 14, al lado.

Objetivo: hacer parpadear un LED de estado y mantener encendido el LED fijo mientras el botón esté presionado. Conecta: GPIO17 (pin 11) → resistencia de 330 Ω → pata larga del LED; pata corta → GND (pin 9). Botón entre GPIO27 (pin 13) y GND (pin 14). Con el venv activado, guarda como ~/robo/led.py.

# LED de estado y botón en Raspberry Pi 5 con gpiozero
# Ejecuta con: python ~/robo/led.py   (Ctrl+C para salir)
from gpiozero import LED, Button
from signal import pause

led = LED(17)                       # número BCM: GPIO17 = pin físico 11
botao = Button(27, bounce_time=0.05) # GPIO27 = pin 13; pull-up interno activado

def apertou():
    led.on()
    print("botón presionado: LED encendido")

def soltou():
    led.blink(on_time=0.2, off_time=0.8)  # vuelve a parpadear en segundo plano
    print("botón suelto: LED parpadeando")

botao.when_pressed = apertou
botao.when_released = soltou
soltou()                            # estado inicial: parpadeando
print("Listo. Presiona el botón. Ctrl+C para salir.")
pause()                             # mantiene el programa en ejecución esperando eventos

Por qué aprender

El pin de 3,3 V requiere las mismas precauciones que en el ESP32, pero el error sale más caro: un Pi 5 quemado cuesta mucho más que un ESP32. Y gpiozero, con eventos como when_pressed, es la forma más sencilla de poner un botón físico de parada en el robot; lo usarás en el proyecto 3.6.

Conceptos clave

En la mesa de trabajo, el Pi 5 usa la fuente oficial de 27 W (5 V, 5 A, USB-C). Con una fuente más débil funciona, pero limita la corriente de los puertos USB y puede reiniciarse cuando la cámara y la IA consumen energía al mismo tiempo. En el robot no hay toma de corriente: la batería pasa por un regulador buck que entrega 5 V estables con suficiente corriente. Y al ejecutar visión, el procesador se calienta: sin el ventilador activo, reduce su velocidad automáticamente para protegerse, y tu detector se vuelve más lento sin avisar.

Cómo leer: la energía (ámbar) sale de la batería y se divide antes de llegar a cualquier placa. La rama superior, con el buck destacado, es la que mantiene estable el Pi. La línea gris discontinua recuerda que los GND de todas las placas deben estar conectados entre sí.

Objetivo: monitorear la temperatura y las alertas de energía mientras el robot trabaja. Guarda como ~/robo/saude.py y déjalo ejecutándose en una segunda terminal durante las pruebas de visión.

# Monitor de salud del Pi 5: temperatura y alertas de energía/calor
import subprocess, time

def temperatura():
    with open("/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp") as f:
        return int(f.read()) / 1000          # viene en milésimas de grado

def alertas():
    saida = subprocess.run(["vcgencmd", "get_throttled"],
                           capture_output=True, text=True).stdout
    valor = int(saida.strip().split("=")[1], 16)
    msgs = []
    if valor & 0x1:     msgs.append("SUBTENSIÓN AHORA")
    if valor & 0x4:     msgs.append("limitado AHORA")
    if valor & 0x10000: msgs.append("hubo subtensión desde el arranque")
    if valor & 0x40000: msgs.append("hubo limitación desde el arranque")
    return msgs or ["energía OK"]

while True:
    t = temperatura()
    aviso = "  CALIENTE: revisa el cooler" if t > 75 else ""
    print(f"{time.strftime('%H:%M:%S')}  {t:.1f} °C  {', '.join(alertas())}{aviso}")
    time.sleep(2)

Por qué aprender

La mayoría de los "bugs" de visión en un robot empieza aquí: el Pi se reinicia cuando el robot acelera, o el detector pierde la mitad de su velocidad después de unos minutos. Medir la temperatura y la subtensión permite distinguir un problema de energía de uno de código y evita que busques el error en el lugar equivocado.

Conceptos clave