Kuinka Raspberry Pi käyttää GPIO: n hallitsemiseksi Pythonin kanssa

Raspberry Pi on monipuolinen yhden laidan tietokone, josta on tullut suosikki harrastajien, opettajien ja ammattilaisten keskuudessa. Yksi sen tehokkaimmista piirteistä on kyky olla vuorovaikutuksessa fyysisen maailman kanssa yleiskäyttöisen syöttö/lähtö (GPIO) -tappiensa kautta. Hyödyntämällä Pythonia, aloittelijaystävällistä ja tehokasta ohjelmointikieltä, voit hallita näitä GPIO-nastat rakentamaan laaja valikoima projekteja, yksinkertaisista LED-viljelijöistä monimutkaisiin kodin automaatiojärjestelmiin. Tässä blogiviestissä opimme sinut läpi Raspberry Pi: n käytön perusteet GPIO: n hallintaan Pythonin kanssa.

GPIO -nastajen ymmärtäminen

GPIO -nastat ovat monipuolisia rajapintoja Raspberry PI: ssä, joiden avulla voit kytkeä ja hallita ulkoisia laitteita, kuten LED -levyjä, antureita, moottoreita ja paljon muuta. Raspberry PI: n mallista riippuen löydät erilaisen määrän GPIO -nastaja, jotka on järjestetty tiettyyn malliin. Nämä nastat voidaan konfiguroida joko tuloina tai lähdöinä:

• Tulo: Lue ulkoisten laitteiden (esim. Painikkeet, anturit) signaalit.
• Lähtö: Lähetä signaaleja ulkoisiin laitteisiin (esim. LEDit, releet).

Ennen sukellusta ohjelmointiosuuteen on välttämätöntä ymmärtää Raspberry Pi -sovelluksen PIN -asettelu. Katso mallillesi ominaiset tiedot Raspberry Pi GPIO Pinout -kaaviosta.

Raspberry Pi -sovelluksen asettaminen

Aloita GPIO -nastajen hallinta Pythonilla varmista, että vadelma PI on asetettu oikein:

1. Asenna uusin Raspberry Pi OS: Varmista, että Raspberry Pi on käyttänyt uusinta versiota Raspberry Pi OS -sovelluksesta. Voit ladata sen viralliselta Raspberry Pi -sivustolta ja käyttää työkaluja, kuten Raspberry Pi Imager, salataksesi sen SD -kortillesi.
2. Päivitä järjestelmäsi: Avaa pääte ja suorita seuraavat komennot päivittääksesi järjestelmäpaketit:

sudo apt update
sudo apt upgrade -y

Asenna Python GPIO -kirjasto: RPI.GPIO -kirjasto on suosittu valinta vuorovaikutukseen GPIO -nastajen kanssa Pythonissa. Asenna se pipi: n avulla:

sudo apt install python3-rpi.gpio

Ensimmäisen GPIO Python -komentosarjan kirjoittaminen

Aloitetaan yksinkertaisella projektilla: vilkkuu LED. Tarvitset seuraavat komponentit:

• Raspberry Pi
• LED
• 220-Ohm-vastus
• Leipälevy- ja hyppyjohdot

Johdotus LED:

1. Kytke LED: n pitkä jalka (anodi) GPIO -nastaan ​​17 vastuksen läpi.
2. Kytke LED: n lyhyt jalka (katodi) maapallon (GND) -tappiin Raspberry Pi: llä.

Kirjoitetaan nyt Python -käsikirjoitus hallitsemaan LEDiä.

Vilkkuu LED Pythonilla

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# Use BCM GPIO numbering
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# Set GPIO pin 17 as output
LED_PIN = 17
GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)

try:
    while True:
        GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)  # Turn LED on
        time.sleep(1)                     # Wait for 1 second
        GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)   # Turn LED off
        time.sleep(1)                     # Wait for 1 second
except KeyboardInterrupt:
    pass
finally:
    GPIO.cleanup()  # Reset GPIO settings

Selitys:

• import RPi.GPIO as GPIO: Tuo RPI.GPIO -kirjasto.
• import time: Tuo aikamoduuli nukkumistoimintoihin.
• GPIO.setmode(GPIO.BCM): Asettaa GPIO PIN -numerointijärjestelmän BCM: ään (Broadcom Soc -kanava).
• GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT): Määrittää GPIO -nasta 17 lähtötapinksi.
• Se try Block sisältää äärettömän silmukan, joka kääntää LED: n päälle ja pois joka sekunti.
• GPIO.cleanup(): Puhdistaa GPIO -asetukset puhtaan poistumisen varmistamiseksi.

Käsikirjoituksen suorittaminen

Tallenna komentosarjasi blink_led.py ja suorita se seuraavan komennon avulla:

python3 blink_led.py

Sinun pitäisi nähdä LED, joka on kytketty GPIO -nastaan ​​17 vilkkuvan päälle ja pois joka sekunti. Pysäytä käsikirjoitus paina Ctrl + C.

Laajenna projekti

Kun olet hallinnut LEDin vilkkumisen, voit tutkia monimutkaisempia projekteja yhdistämällä erilaiset anturit ja toimilaitteet. Tässä on muutamia ideoita alkuun:

• Painike -vuorovaikutus: Hallitse LEDiä fyysisen painikkeen avulla. Tähän sisältyy GPIO -tapin asettaminen syötteenä ja sen tilan lukeminen Python -komentosarjassa.
• Anturitietojen kirjaaminen: Käytä antureita, kuten lämpötila- tai liikkeenilmaisimia tietojen keräämiseen ja kirjautumiseen analysoitavaksi.
• Kodin automaatio: Ohjauslaitteet etäyhteydessä integroimalla GPIO -ohjaus web -rajapintoihin tai mobiilisovelluksiin.

Painikkeen ohjaaminen

Laajennetaan edellinen esimerkki lisäämällä painike LEDin hallitsemiseksi. Tarvitset:

• Painike
• 10K-OHM-vastus
• Ylimääräisiä hyppääjiä

Painikkeen johdotus:

1. Kytke painikkeen yksi jalka GPIO -nastaan ​​27.
2. Kytke toinen jalka maa (GND) -tappiin 10K-OHM-vastuksen läpi.

Tässä on Python -komentosarja, joka hallitsee LED -painiketta:

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# Use BCM GPIO numbering
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# Define GPIO pins
LED_PIN = 17
BUTTON_PIN = 27

# Set up GPIO pins
GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)
GPIO.setup(BUTTON_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

try:
    while True:
        button_state = GPIO.input(BUTTON_PIN)
        if button_state == GPIO.HIGH:
            GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)  # Turn LED on
        else:
            GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)   # Turn LED off
        time.sleep(0.1)
except KeyboardInterrupt:
    pass
finally:
    GPIO.cleanup()

Selitys:

• GPIO-nasta 27 on asetettu sisääntulona vetävällä vastusilla vakaan tilan varmistamiseksi, kun painiketta ei painaa.
• Komentosarja lukee jatkuvasti painikkeen tilan ja kytkee LED -levyn päälle, kun painiketta painetaan.

Parhaat käytännöt ja turvallisuusvinkit

Kun työskentelet GPIO -nastat, on ratkaisevan tärkeää noudattaa parhaita käytäntöjä, jotta vadelmapipilläsi tai kytkettyjä komponentteja ei pidä vahingoittaa:

• PÄÄLLÄ ON KORJAAMISEKSI Laitteistoa: Sammuta Raspberry Pi aina ennen laitteiston kytkemistä tai irrottamista oikosulkujen estämiseksi.
• Käytä virran rajoittavia vastuksia: Suojaa komponentit käyttämällä sopivia vastuksia, etenkin kun työskentelet LED -levyjen kanssa.
• Kaksoiskorvaus johdotus: Varmista, että kaikki yhteydet ovat oikeat estämään GPIO -tapien vahingossa tapahtuvat vahingot.
• Käsittele huolellisesti: Vältä staattista purkausta käsittelemällä Raspberry Pi ja komponentit huolellisesti.

Johtopäätös

GPIO -nastajen hallinta Pythonilla Raspberry PI: llä avaa mahdollisuuksien maailman interaktiivisten ja automatisoitujen projektien luomiseksi. Yksinkertaisista tehtävistä, kuten vilkkuvien LEDien, monimutkaisempiin järjestelmiin, jotka sisältävät useita antureita ja toimilaitteita, GPIO -ohjauksen hallitseminen on perustavanlaatuinen taito kaikille Raspberry Pi -harrastajille. Seuraamalla tässä oppaassa esitettyjä vaiheita ja parhaiden käytäntöjen noudattamista, olet hyvin matkalla rakentamaan jännittäviä ja innovatiivisia projekteja.

Hyvää tinking!