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projekt:python_projekt_gpio

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projekt:python_projekt_gpio [2026/02/09 10:34] – [Programm testen] torsten.roehlprojekt:python_projekt_gpio [2026/02/24 07:40] (aktuell) – torsten.roehl
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 Ein Raspberry Pi kann LEDs, Sensoren, Taster oder Displays direkt über seine GPIO-Pins ansteuern. Diese Pins sind jedoch empfindlich, da sie direkt mit dem Prozessor verbunden sind. Deshalb muss beim Aufbau der Hardware sorgfältig gearbeitet werden: richtige Spannungen verwenden, Bauteile korrekt anschließen und Änderungen nur im ausgeschalteten Zustand vornehmen. Ziel ist es, einfache Schaltungen sicher aufzubauen und die Grundlagen für spätere Projekte mit Elektronik zu erlernen. Ein Raspberry Pi kann LEDs, Sensoren, Taster oder Displays direkt über seine GPIO-Pins ansteuern. Diese Pins sind jedoch empfindlich, da sie direkt mit dem Prozessor verbunden sind. Deshalb muss beim Aufbau der Hardware sorgfältig gearbeitet werden: richtige Spannungen verwenden, Bauteile korrekt anschließen und Änderungen nur im ausgeschalteten Zustand vornehmen. Ziel ist es, einfache Schaltungen sicher aufzubauen und die Grundlagen für spätere Projekte mit Elektronik zu erlernen.
  
 +{{ :raspberry_pi:ampel_led.jpg?300 |}}
  
 ====== Überblick ====== ====== Überblick ======
   * Hardware ansteuern   * Hardware ansteuern
-  * Programmstruktur anlegen +  * Environment anlegen 
-  * Projekt: LED mit Python  +  * Minimalprogramm 
-  * Projekt: Temperatursensor mit Python +  * [[project:python_led| Projekt: LED mit Python ]] 
  
 ---- ----
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 | Raspberry Pi Layout und Orientierung. | | Raspberry Pi Layout und Orientierung. |
 |{{ :raspberry_pi:raspi-layout4.png?300 |}}| |{{ :raspberry_pi:raspi-layout4.png?300 |}}|
-|<WRAP>Nur die **<color #22b14c>GPIO</color>**, **GND** und **<color #ed1c24>VCC</color>** werden benutzt. +|<WRAP>Nur die **<color #22b14c>GPIO</color>**, **GND** und **<color #ed1c24>VCC (3,3V)</color>** werden benutzt. 
-  * **GND** +  * <color #7092be>LED-Ampel</color>: 
-  * <color #ed1c24>**VCC**</color> +          *  Masse: **GND** 
-  * <color #22b14c>**GPIO 17, GPIO 27, GPIO 22, GPIO 23, GPIO 24**</color>+          *  R/Y/G: <color #22b14c>**GPIO 17, GPIO 27, GPIO 22**</color> 
 +  * <color #7092be>Temperatursensor</color> 
 +      * Versorgungsspannung: <color #ed1c24>**VCC 3,3**</color> 
 +      * Masse: **GND** 
 +      * Data: <color #22b14c>**GPIO 4**</color>
  
-In diesem Kurs werden die oben aufgelisteten Pins verwendet! 
 </WRAP>| </WRAP>|
 +|{{ :raspberry_pi:pi_adapter_1.jpg?400 |}}|
 +|Adapterplatine zur Nutzung auf einem Steckbrett.|
 +|{{ :raspberry_pi:pi_adapter_2.png?400 |}}|
 +|Alle Bauteile LED-Ampel und Temperatursensor die im Kurs verwendet werden sind angeschlossen|
  
 +==== Verwendete Hardware  ==== 
  
 +  * Hardware-Anbindung LED-Ampel-Modul (R/G/Y + GND)
  
-===== Programmstruktur anlegen =====+Dieses LED-Modul besitzt vier Anschlüsse:
  
-=== Programmstruktur === +Wir verwenden folgende GPIO-Nummern. Falls andere gewählt werden muss der Quellcode entsprechend angepasst werden.
-Folgende Programmstruktur wird verwendet.+
  
-  * ''gpio_led'' – Projektordner im Verzeichnis ''~/devel'' +^ Modul ^ Raspberry Pi GPIO ^ 
-  * ''gpio_env'' – Python-Environment +| GND   | beliebigen GND  | 
-  * ''src''      – Ordner für den Quellcode (engl. source) +| **<color #ed1c24>R</color>**  → rote LED   | **GPIO17**  | 
-  * ''core''     – Unterordner in ''src''+| **<color #22b14c>G</color>**  → grüne LED  | **GPIO27**  | 
 +| **<color #fff200>Y</color>**  → gelbe LED  | **GPIO22**  |
  
-<code bash> 
-gpio_led/ 
-├── gpio_env 
-└── src 
-    ├── core 
-    │   ├── gpio_hw.py 
-    │   ├── logic.py 
-    │   └── __init__.py 
-    └── ledcontrol.py 
-</code> 
  
  
-Lege alle Verzeichnisse so an, wie oben dargestellt.   
-Alle Dateien – bis auf ''%%__init__.py%%'' – kommen später dazu. 
  
-Die ''%%__init__.py%%'' muss lediglich vorhanden sein, damit Python dieses Verzeichnis als Modulverzeichnis erkennt. Dies kann mit dem folgenden Befehl erledigt werden:+++++ Technisches Prinzip |
  
-<code bash> +Auf dem Modul sind bereits Vorwiderstände (Kennzeichnung „331“ = 330 Ohm) verbaut.   
-touch __init__.py +Es ist daher **kein zusätzlicher Widerstand erforderlich**.
-</code>+
  
-<note tip>**Bevor weitergearbeitet werden kann, sollte die Programmstruktur überprüft werden.** +  * **ON**  GPIO-Pin wird auf **HIGH (3,3 V)** gesetzt, um die jeweilige LED einzuschalten 
-{{ :raspberry_pi:led_structure.png?600 |}} +  * **OFF** GPIO-Pin wird auf **LOW  (0)** gesetzt, um die jeweilige LED auszuschalten.  
-</note>+
  
-=== Pakete & Bibliotheken installieren === +<note>
-Systemweit GPIO-Unterstützung über ''apt'' zur Verfügung stellen:+
  
-<code bash> +Strom bei 3,3 V:
-sudo apt install python3-rpi.gpio +
-</code>+
  
-Jetzt die **ENV** aktivieren und ''RPi.GPIO'' installieren:+  (3,3 V − ca. 2,0 V LED) / 330 Ω ≈ 4 mA 
 +   
 +Dies ist für den Raspberry Pi unkritisch. 
 +</note>
  
-<code bash> +++++ 
-source ~/devel/gpio_led/gpio_env/bin/activate +=====  Environment anlegen ===== 
-pip install RPi.GPIO +<WRAP center round box 80%> 
-</code>+**Aufgabe: Anlegen einer Python-Environment**
  
 +Lege eine Umgebung
 +  * ''~/devel/projects/course_env'' an. 
 +Hierfür muss der Ordner ''~/devel/projects'' bereits vorhanden sein.
  
-===== Projekt: LED mit Python ===== +</WRAP>
-==== Hardware ==== +
-==== Quellcode (Sourcecode) ==== +
-Der **Sourcecode** besteht aus drei Dateien: das eigentliche Programm **%%ledcontrol.py%%** sowie die Dateien im Hintergrund (im Verzeichnis **%%core%%**), die für die Programmlogik und die Hardware-Ansteuerung benötigt werden. Im Kurs wird das Programm ausführlich erklärt. Diese Dateien enthalten noch keinen Header – dies sollte geändert werden. +
-=== gpio_hw.py ===+
  
-<code python gpio_hw.py> +<note tip> 
-import RPi.GPIO as GPIO+Das Anlegen und Managen einer Umgebung ist hier 
 +[[python_python-umgebung_env_einrichten_vorbereitungen_fuer_projekte_schaffen|Python ENV]] 
 +ausführlich beschrieben. 
 +</note>
  
-PIN = 17+<note important> 
 +**Wechsle in die Environment** 
 +Die Programmierung erfolgt nun immer mit der gewählten Umgebung! 
 +<code> 
 +source ~/devel/projects/course_env/bin/activate 
 +</code> 
 +  * Für alle **Python-Projekte** im Kurs verwenden wir diese eine Umgebung: **course_env**! 
 +</note> 
 +==== Pakete & Bibliotheken installieren ====
  
-GPIO.setmode(GPIO.BCM) 
-GPIO.setup(PIN, GPIO.OUT) 
  
-def on(): 
-    GPIO.output(PIN, GPIO.HIGH) 
  
-def off(): +Systemweit GPIO-Unterstützung über ''apt'' zur Verfügung stellen:
-    GPIO.output(PIN, GPIO.LOW)+
  
-def status(): +<code bash> 
-    return GPIO.input(PIN) +sudo apt install python3-rpi.gpio
- +
-def cleanup(): +
-    GPIO.cleanup()+
 </code> </code>
  
-=== logic.py ===+Jetzt die **ENV** aktivieren (falls noch nicht geschehen) und dann erst ''RPi.GPIO'' installieren:
  
-<code python logic.py> +<code bash> 
-from core import gpio_hw +source ~/devel/projects/course_env/bin/activate 
- +pip install RPi.GPIO
-def turn_on(): +
-    gpio_hw.on() +
-    return "on" +
- +
-def turn_off(): +
-    gpio_hw.off() +
-    return "off" +
- +
-def get_status(): +
-    return "on" if gpio_hw.status() else "off"+
 </code> </code>
  
 +===== Minimal Programm =====
 +Dieses Programm (''led_simple.py'') schaltet eine einzelne LED am **Raspberry Pi**.
 +Pin und Befehl werden im **ADJUST AREA** angepasst.
 +''GPIO.cleanup()'' setzt am Ende alle verwendeten GPIO-Pins wieder zurück.
  
  
-=== ledcontrol.py ===+<code python  led_simple.py>
  
-<code python ledcontrol.py> 
 #!/usr/bin/env python3 #!/usr/bin/env python3
  
-from core import logic +import RPi.GPIO as GPIO 
-from core import gpio_hw+ 
 +# START ADJUST AREA 
 +PIN = 17                       # PIN wählen 
 +VALUE = GPIO.HIGH              # HIGH / LOW  (anschalten/ausschalten) 
 +# END ADJUST AREA
  
 def main(): def main():
-    print("GPIO CLI gestartet (CTRL+C beendet)") 
  
-    try: +    GPIO.setmode(GPIO.BCM)     # Broadcom-GPIO-Nummern 
-        while True: +    GPIO.setwarnings(False)    # Warning OFF 
-            cmd = input("on / off / status > ").strip()+    GPIO.setup(PIN, GPIO.OUT)  # Als Ausgabe PIN festlegen
  
-            if cmd == "on": +    GPIO.output(PIN, VALUE)    # Output setzen!
-                print(logic.turn_on()) +
-            elif cmd == "off": +
-                print(logic.turn_off()) +
-            elif cmd == "status": +
-                print(logic.get_status())+
  
-    except KeyboardInterrupt: +    state = GPIO.input(PIN) 
-        pass+    print("Status: ", bool(state))
  
-    finally: +    # GPIO.cleanup()            # Pin freigeben (LOW INPUT)
-        gpio_hw.cleanup()+
  
 if __name__ == "__main__": if __name__ == "__main__":
Zeile 188: Zeile 177:
 </code> </code>
  
-==== Testen des Programms ==== +=== Programm ausführen ===
- +
- +
- +
-===== Programm testen ===== +
- +
-Bevor mit dem Projekt weitergearbeitet wird, testen wir, ob das LED-Programm korrekt gestartet werden kann und wie es sich bei Eingaben verhält. +
- +
-Stelle sicher, dass: +
- +
-  * die Python-Environment aktiviert ist, +
-  * die Programmstruktur korrekt angelegt wurde, +
-  * der Abschnitt **„Pakete & Bibliotheken installieren“** berücksichtigt wurde. +
- +
-Wechsle in den Quellcode-Ordner: +
 <code bash> <code bash>
-cd ~/devel/gpio_led/src +chmod 775 led_simple.py  # einmalig ausführbar machen! 
-./ledcontrol.py+./led_simple.py          # Script ausführen!
 </code> </code>
 +Hierfür muss das Programm ausführbar gemacht werden (''chmod'') und man sich im Verzeichnis des auszuführenden Programms befinden.
  
-Du solltest nun die Eingabeaufforderung sehen: +===== Projekt: LED mit Python ===== 
- +  * [[project:python_led| Projekt: LED mit Python ]]
-on / off / status > +
- +
-=== Verhalten bei Eingaben testen === +
- +
-  * **on** → LED wird eingeschaltet und „on“ ausgegeben. +
-  * **off** → LED wird ausgeschaltet und „off“ ausgegeben. +
-  * **status** → aktueller Zustand wird angezeigt. +
-  * unbekannte Eingabe → Programm bleibt aktiv und fordert erneut zur Eingabe auf. +
- +
-Wenn das Verhalten wie beschrieben ist, läuft das Programm korrekt und alles wurde richtig gemacht. +
- +
- +
-<note tip> +
-Falls beim Start des Programms die Fehlermeldung +
- +
-<color #ff7f27>ModuleNotFoundError: No module named 'RPi.GPIO'</color> +
- +
-erscheint, wurde der Abschnitt **„Pakete & Bibliotheken installieren“** vermutlich nicht vollständig beachtet. Bitte diesen Abschnitt erneut sorgfältig durchgehen. +
-</note> +
  
projekt/python_projekt_gpio.1770633272.txt.gz · Zuletzt geändert: von torsten.roehl