Лабораторные работы на Raspberry PI

1. LED. Светодиодный индикатор

from RPi import GPIO
from time import sleep

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(17, GPIO.OUT)  #Переключение 17ого контакта в режим вывода

sleep(3)                  #пауза 3 секунды
GPIO.output(17, True)     #вывод логической единицы
sleep(3)                  #пауза 3 секунды
GPIO.output(17, False)    #вывод логического нуля
sleep(3)                  #пауза 3 секунды
GPIO.output(17, True)     #вывод логической единицы

GPIO.cleanup()            #сброс всех выводов

from RPi import GPIO
from time import sleep

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(17, GPIO.OUT)  #Переключение 17ого контакта в режим вывода

while True:
    GPIO.output(17, True)
    sleep(0.5)
    GPIO.output(17, False)
    sleep(0.5)

GPIO.cleanup()

Добавим в программу еще одну конструкцию, которая позволит нам в любой момент прервать работу цикла с помощью комбинации клавиш Ctrl+C. При этом программа завершится в нормальном режиме и выполнит функцию cleanup.

from RPi import GPIO
from time import sleep

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(17, GPIO.OUT)

try:
    while True:
        GPIO.output(17, True)
        sleep(0.5)
        GPIO.output(17, False)
        sleep(0.5)

except KeyboardInterrupt:
    print("program stop")

GPIO.cleanup()

2. PIR датчик

Задание 1. Подключение PIR датчика

Результат работы:
Выводим в консоль оповещение о движении.

Подключаем датчик:
Для соединения с микроконтроллером или напрямую с реле у HC-SR501 имеется три вывода: GND, OUT, VCC.

Программа

Можно покрутить настройки датчика и посмотреть как это отразится на его работе.

Задание 2. Управление диодом на основе датчика движения.

Результат работы:
Сделать систему автоматического включения диода. При движении включается диод, через 5 секунд отключается.

3. Buzzer

Задание 1. Подключение PIR датчика

Результат работы:
Зуммер будет подавать звук в течение 3 секунд, а затем 2 секунды молчать.

Подключаем датчик:

Пример.

import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPActiveBuzzer = 24 
GPIO.setup(GPActiveBuzzer_PIN, GPIO.OUT, initial= GPIO.LOW)
while True:
    GPIO.output(GPActiveBuzzer_PIN,GPIO.HIGH) #Buzzer on
    time.sleep(4) #pause for 4 seconds
    GPIO.output(GPActiveBuzzer_PIN,GPIO.LOW) #Buzzer off 
    time.sleep(2) #pause for 2 seconds 

Задание 2. Подключение зуммера и PIR датчика

Результат работы:
Выводим в консоль оповещение о движении и подаем сигнал.

Подключаем датчики:

4. Кнопка

Задание 1. Выключатель и LED диод

Результат работы: После запуска, программа переходит в режим ожидания. По нажатию кнопки, LED диод включается. А при отпускании, напротив ­ выключается.

Код:

import RPi.GPIO as GPIO    #импорт библиотеки GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)   #"включение GPIO"
GPIO.setup(7, GPIO.OUT)    #объявление порта 7 как выход
GPIO.setup(3, GPIO.IN)     #объявление порта 3 как вход

while True:                #бесконечный цикл
____if GPIO.input(3) == False:    #если кнопка зажата
________GPIO.output(7, 1)  #включаем светодиод
____else:                  #иначе
________GPIO.output(7, 0)  #выключаем

Задание 2. Запуск и остановка проблескового маячка и серены кнопкой (самостоятельно)

Результат работы:  В схеме присутствуют две кнопки, светодиод и зуммер. После нажатии на кнопку, светодиод начинает мигать, а зуммер издавать периодический сигнал, до тех пор, пока не будет нажата вторая кнопка.

5. DHT22 - измерение температуры и влажности в помещении

Результат работы: Измерение температуры и влажности.

Подключаем датчик:

Используемые компоненты:

• датчик DHT22
• сопротивление на 4.7-10 кОм.

1. Питание (VCC) - от 3.3 до 6 В.

2. Вывод данных.

3. Не подключается.

4. Земля.

Между 1 и 2 выводами необходимо подключить резистор на 10 кОм

import Adafruit_DHT 
...

sensor = Adafruit_DHT.DHT22
pin = 10
humidity, temperature = Adafruit_DHT.read_retry(sensor, pin)

6. Ультразвуковой дальномер (HC-SR04)

#Libraries      
import RPi.GPIO as GPIO   
import time

#GPIO Mode (BOARD / BCM)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)        
#set GPIO Pins
GPIO_TRIGGER = 18 
GPIO_ECHO = 24

#set GPIO direction (IN / OUT)
GPIO.setup(GPIO_TRIGGER, GPIO.OUT)           
GPIO.setup(GPIO_ECHO, GPIO.IN)

def distance():
    # set Trigger to HIGH
    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, True)
    # set Trigger after 0.01ms to LOW
    time.sleep(0.00001)
    GPIO.output(GPIO_TRIGGER, False)
    StartTime = time.time()
    StopTime = time.time()
    # save StartTime
    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 0:
        StartTime = time.time()
    # save time of arrival
    while GPIO.input(GPIO_ECHO) == 1:
        StopTime = time.time()
    # time difference between start and arrival
    TimeElapsed = StopTime - StartTime
    # multiply with the sonic speed (34300 cm/s)
    # and divide by 2, because there and back
    distance = (TimeElapsed * 34300) / 2
    return distance

if __name__ == '__main__':
    try:
        while True:
            dist = distance()
            print ("Measured Distance = %.1f cm" % dist)
            time.sleep(1)
        # Reset by pressing CTRL + C
    except KeyboardInterrupt:
        print("Measurement stopped by User")
        GPIO.cleanup()

7. DS18B20

Задание 1. Подключение датчика DS18B20

Результат работы: Измерение температуры воды / почвы.

Установка датчика:

Следуйте приведенной выше схеме и выполните подключения:

• Vcc ==> 3,3 В
• Gnd ==> Gnd
• Данные ==> GPIO 4 (по умолчанию для библиотеки)

Установка библиотеки Python:

Установка библиотеку Python, которая будет обрабатывать датчик:

sudo pip3 install w1thermsensor

Перед запуском скрипта проверьте, включен ли интерфейс «1-Wire» в вашем RPi (см. Ниже экран печати).

Включить интерфейсы

Не забудьте перезапустить свой RPi, после изменения его конфигурации

Тестирование датчика:

Для тестирования датчика можно использовать простой код Python:

from w1thermsensor import W1ThermSensor
ds18b20Sensor = W1ThermSensor()
tempExt = round(ds18b20Sensor.get_temperature(), 1)
print('External Temperature = {}*C'.format(tempExt))

Источник: ссылка

8. Сервопривод

• коричневый - "земля"
• красный - "+5В"
• желтый - сигнальный

К GPIO 17 подключается управляющий провод сервопривода наклона, к GPIO 27 сервопривод поворота. Дополнительно для защиты выводов Raspberry Pi можно использовать резистор 1кОм.

NB! Если Вы также будете использовать отдельные источники питания для Raspbery Pi и сервоприводов, обязательно соедините их земли, в противном случае электроника может выйти из строя. В данном случае земля от внешнего источника питания для сервоприводов подключена к выводу земли (возле GPIO 17) на Raspberry Pi.

Откалибруем сервоприводы. Для этого откроем терминал на Raspberry и запустим редактор Python 3 с правами от суперпользователя (нужно для работы с GPIO):

Python Shell:

Импортируем модуль RPI.GPIO и называем его GPIO:

Определите, какие схемы нумерации выводов хотите использовать (BCM или BOARD). Я провел этот тест с BOARD, поэтому используемые контакты были физическими (GPIO 17 это контакт 11 и GPIO 27 это контакт 13). Мне было легко их идентифицировать и не ошибиться во время теста (в финальной программе я буду использовать BCM). Выбираем:

Определяем вывод сервопривода, который будет использоваться:

Если хотите использовать схему BCM, последние 2 команды должны быть заменены на:

Теперь указываем, что этот вывод будет работать как выход:

Настраиваем частоту, для SG90 нужно 50 Гц:

Включаем генерацию сигнала ШИМ на выводе и задаём начальный коэффициент заполнения равный нулю:

Теперь мы можем устанавливать различные значения коэффициента заполнения и наблюдать за движением сервопривода. Давайте начнем с 5% и посмотрим, что происходит:

Сервопривод перешел в "нулевое положение". Сервопривод продолжал вращаться, при задании заполнения вплоть до 3%. При задании заполнения 2% сервопривод оставался в том же положении. После чего начав задавать значения больше 2%, движение сервопривода в моём случае начало происходить при установке коэффициента заполнения более 3%. Итак, 3% - это минимальное заполнение (позиция "0 градусов") для этого сервопривода.

То же самое произошло и с максимальным коэффициентом заполнения. Для начала установлено 10%:

Затем задавались большие значения, сервопривод продолжал проворачиваться при установке коэффициента заполнения вплоть до 13%. Таким образом максимальный коэффициент заполнения для данного сервопривода это 13%, угол, на который проворачивается вал сервопривода составил примерно 180 градусов (но это в данном случае, в зависимости от сервопривода физический угол может оказаться и больше и меньше). Итак, в результате калибровки получены следующие данные:

После окончания калибровки останавливаем ШИМ и очищаем GPIO:

Для второго сервопривода процедура калибровки аналогична.

Создадим файл "angleServoCtrl.py" скрипта на Python для выполнения тестов:

from time import sleep
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setwarnings(False)
def setServoAngle(servo, angle):
	pwm = GPIO.PWM(servo, 50)
	pwm.start(8)
	dutyCycle = angle / 18. + 3.
	pwm.ChangeDutyCycle(dutyCycle)
	sleep(0.3)
	pwm.stop()
if __name__ == '__main__':
	import sys
	servo = int(sys.argv[1])
	GPIO.setup(servo, GPIO.OUT)
	setServoAngle(servo, int(sys.argv[2]))
	GPIO.cleanup()

Функция setServoAngle(servo, angle) получает в качестве аргументов номер вывода GPIO, к которому подключен сервопривод и значение угла, в который сервопривод должен провернуться.

В консоли этот скрипт запускается так:

Вышеприведенная команда установит сервопривод, подключенный к GPIO 17, под углом 45 градусов.

9. Датчик влажности почвы

Датчик влажности почвы

Выходное напряжение датчика варьируется в зависимости от количества воды, содержащейся в почве.

• Если почва влажна – выходное напряжение уменьшается
• Если почва суха – выходное напряжение увеличивается

На выходе будет цифровой сигнал (D0) – LOW или HIGH, в зависимости от содержания воды в почве. То есть, если влажность почвы превысит определенное пороговое значение, модуль вернет значение LOW, а если нет – HIGH. Пороговое значение для цифрового сигнала настраивается при помощи потенциометра.