Come usare Raspberry Pi per controllare GPIO con Python

Raspberry Pi è un versatile computer a bordo che è diventato uno dei preferiti tra hobbisti, educatori e professionisti. Una delle sue caratteristiche più potenti è la capacità di interagire con il mondo fisico attraverso i suoi pin GPIO input/output (GPIO). Sfruttando Python, un linguaggio di programmazione per principianti e potente, è possibile controllare questi pin GPIO per costruire una vasta gamma di progetti, dai semplici lampeggiatori a LED a sistemi di automazione domestica complessi. In questo post sul blog, ti guideremo attraverso le basi dell'utilizzo di Raspberry Pi per controllare GPIO con Python.

Comprensione dei pin GPIO

I pin GPIO sono interfacce versatili su Raspberry Pi che consentono di collegare e controllare dispositivi esterni come LED, sensori, motori e altro ancora. A seconda del modello di Raspberry Pi, troverai un numero variabile di pin GPIO disposti in uno schema specifico. Questi pin possono essere configurati come input o output:

• Ingresso: Leggi i segnali da dispositivi esterni (ad es. Pulsanti, sensori).
• Produzione: Invia segnali a dispositivi esterni (ad es. LED, relè).

Prima di immergersi nell'aspetto di programmazione, è essenziale comprendere il layout PIN del tuo Raspberry Pi. Fare riferimento al diagramma di pinout di Raspberry Pi GPIO ufficiale per informazioni accurate specifiche per il tuo modello.

Impostazione del tuo Raspberry Pi

Per iniziare a controllare i pin GPIO con Python, assicurati che il tuo Raspberry Pi sia impostato correttamente:

1. Installa l'ultimo sistema operativo Raspberry Pi: Assicurati che il tuo Raspberry Pi stia eseguendo l'ultima versione del sistema operativo Raspberry Pi. Puoi scaricarlo dal sito Web ufficiale di Raspberry Pi e utilizzare strumenti come Raspberry Pi Imager per flashrlo sulla tua scheda SD.
2. Aggiorna il tuo sistema: Apri il terminale ed esegui i seguenti comandi per aggiornare i pacchetti di sistema:

sudo apt update
sudo apt upgrade -y

Installa la libreria Python GPIO: La libreria RPI.GPIO è una scelta popolare per l'interazione con i pin GPIO in Python. Installalo usando PIP:

sudo apt install python3-rpi.gpio

Scrivere la tua prima sceneggiatura GPIO Python

Cominciamo con un semplice progetto: lampeggiare un LED. Avrai bisogno dei seguenti componenti:

• Raspberry Pi
• GUIDATO
• Resistenza da 220 ohm
• Breadboard e fili jumper

Cablaggio del LED:

1. Collegare la gamba lunga (anodo) del LED al pin GPIO 17 attraverso la resistenza.
2. Collegare la gamba corta (catodo) del LED a un perno a terra (GND) sul Raspberry Pi.

Ora, scriviamo lo script Python per controllare il LED.

Sbattendo un LED con Python

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

Spiegazione:

• import RPi.GPIO as GPIO: Importa la libreria RPI.GPIO.
• import time: Importa il modulo temporale per la funzionalità del sonno.
• GPIO.setmode(GPIO.BCM): Imposta lo schema di numerazione dei pin GPIO su BCM (canale SOC di Broadcom).
• GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT): Configura Pin GPIO 17 come pin di output.
• IL try Il blocco contiene un anello infinito che attiva e si spegne il LED ogni secondo.
• GPIO.cleanup(): Pulisce le impostazioni GPIO per garantire un'uscita pulita.

Esecuzione del tuo script

Salva la tua sceneggiatura come blink_led.py ed eseguilo usando il seguente comando:

python3 blink_led.py

Dovresti vedere il LED collegato al pin GPIO 17 che lampeggia e si spegne ogni secondo. Per fermare lo script, premere Ctrl + C.

Espandere il tuo progetto

Una volta che hai imparato a sbattere le palpebre un LED, puoi esplorare progetti più complessi combinando diversi sensori e attuatori. Ecco alcune idee per iniziare:

• Interazione del pulsante: Controlla il LED usando un pulsante fisico. Ciò comporta la creazione di un pin GPIO come input e la lettura del suo stato nella scrittura Python.
• Registrazione dei dati del sensore: Utilizzare sensori come i rilevatori di temperatura o movimento per raccogliere dati e registrarli per l'analisi.
• Automazione domestica: Controllo Appliances in remoto integrando il controllo GPIO con interfacce Web o app mobili.

Controllo di un pulsante

Estendiamo il nostro esempio precedente aggiungendo un pulsante per controllare il LED. Avrai bisogno:

• Pulsante
• Resistenza da 10k-ohm
• Fili jumper aggiuntivi

Cablaggio del pulsante:

1. Collegare una gamba del pulsante al pin GPIO 27.
2. Collegare l'altra gamba a un perno a terra (GND) attraverso un resistore da 10k-ohm.

Ecco lo script Python per controllare il LED con il pulsante:

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()

Spiegazione:

• GPIO Pin 27 è impostato come input con una resistenza a discesa per garantire uno stato stabile quando il pulsante non viene premuto.
• Lo script legge continuamente lo stato del pulsante e accende il LED quando viene premuto il pulsante.

Best practice e consigli di sicurezza

Quando si lavora con i pin GPIO, è fondamentale aderire alle best practice per evitare di danneggiare il tuo Raspberry Pi o componenti collegati:

• Spegnere quando si collega l'hardware: Spegni sempre il Raspberry Pi prima di collegare o scollegare l'hardware per prevenire i cortometraggi.
• Usa resistori di limitazione della corrente: Proteggi i tuoi componenti utilizzando resistori appropriati, soprattutto quando si lavora con LED.
• Cablaggio a doppio controllo: Assicurarsi che tutte le connessioni siano corrette per evitare danni accidentali ai pin GPIO.
• Maneggiare con cura: Evita lo scarico statico gestendo attentamente il lampone PI e i componenti.

Conclusione

Il controllo dei pin GPIO con Python su un Raspberry Pi apre un mondo di possibilità per la creazione di progetti interattivi e automatizzati. Da semplici compiti come LED lampeggianti a sistemi più complessi che coinvolgono più sensori e attuatori, padroneggiare il controllo GPIO è un'abilità fondamentale per qualsiasi appassionato di Raspberry Pi. Seguendo i passaggi delineati in questa guida e aderiscono alle migliori pratiche, sarai sulla buona strada per costruire progetti entusiasmanti e innovativi.

Felice armeggiare!