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projekt:python_projekt_gpio

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projekt:python_projekt_gpio [2026/02/16 17:28] – 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?600 |}}+{{ :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: 
 + 
 +Wir verwenden folgende GPIO-Nummern. Falls andere gewählt werden muss der Quellcode entsprechend angepasst werden. 
 + 
 +^ Modul ^ Raspberry Pi GPIO ^ 
 +| GND   | beliebigen GND  | 
 +| **<color #ed1c24>R</color>**  → rote LED   | **GPIO17**  | 
 +| **<color #22b14c>G</color>**  → grüne LED  | **GPIO27**  | 
 +| **<color #fff200>Y</color>**  → gelbe LED  | **GPIO22**  | 
 + 
 + 
 + 
 + 
 +++++ Technisches Prinzip | 
 + 
 +Auf dem Modul sind bereits Vorwiderstände (Kennzeichnung „331“ = 330 Ohm) verbaut.   
 +Es ist daher **kein zusätzlicher Widerstand erforderlich**. 
 + 
 +  * **ON**  GPIO-Pin wird auf **HIGH (3,3 V)** gesetzt, um die jeweilige LED einzuschalten 
 +  * **OFF** GPIO-Pin wird auf **LOW  (0)** gesetzt, um die jeweilige LED auszuschalten.   
 + 
 +<note> 
 + 
 +Strom bei 3,3 V: 
 + 
 +  (3,3 V − ca. 2,0 V LED) / 330 Ω ≈ 4 mA 
 +   
 +Dies ist für den Raspberry Pi unkritisch. 
 +</note> 
 + 
 +++++
 =====  Environment anlegen ===== =====  Environment anlegen =====
 <WRAP center round box 80%> <WRAP center round box 80%>
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 Lege eine Umgebung Lege eine Umgebung
-  * ''~/devel/projects/refexio_advanced/refexio_advanced_env'' an.  +  * ''~/devel/projects/course_env'' an.  
-Hierfür muss der Ordner ''~/devel/projects/refexio_advanced'' bereits vorhanden sein.+Hierfür muss der Ordner ''~/devel/projects'' bereits vorhanden sein.
  
 </WRAP> </WRAP>
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 </note> </note>
  
-Wechsle anschließend in die Umgebung, um das Example zu bearbeiten! +<note important> 
-=== Programmstruktur === +**Wechsle in die Environment** 
-Folgende Programmstruktur wird verwendet. +Die Programmierung erfolgt nun immer mit der gewählten Umgebung! 
- +<code> 
-  * ''gpio_led'' – Projektordner im Verzeichnis ''~/devel'' +source ~/devel/projects/course_env/bin/activate
-  * ''gpio_env'' – Python-Environment +
-  * ''src''      – Ordner für den Quellcode (engl. source) +
-  * ''core''     – Unterordner in ''src'' +
- +
-<code bash> +
-gpio_led/ +
-├── gpio_env +
-└── src +
-    ├── core +
-    │   ├── gpio_hw.py +
-    │   ├── logic.py +
-    │   └── __init__.py +
-    └── ledcontrol.py+
 </code> </code>
 +  * Für alle **Python-Projekte** im Kurs verwenden wir diese eine Umgebung: **course_env**!
 +</note>
 +==== Pakete & Bibliotheken installieren ====
  
  
-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: 
- 
-<code bash> 
-touch __init__.py 
-</code> 
- 
-<note tip>**Bevor weitergearbeitet werden kann, sollte die Programmstruktur überprüft werden.** 
-{{ :raspberry_pi:led_structure.png?600 |}} 
-</note> 
  
-=== Pakete & Bibliotheken installieren === 
 Systemweit GPIO-Unterstützung über ''apt'' zur Verfügung stellen: Systemweit GPIO-Unterstützung über ''apt'' zur Verfügung stellen:
  
Zeile 119: Zeile 136:
 </code> </code>
  
-Jetzt die **ENV** aktivieren und ''RPi.GPIO'' installieren:+Jetzt die **ENV** aktivieren (falls noch nicht geschehen) und dann erst ''RPi.GPIO'' installieren:
  
 <code bash> <code bash>
-source ~/devel/gpio_led/gpio_env/bin/activate+source ~/devel/projects/course_env/bin/activate
 pip install RPi.GPIO pip install RPi.GPIO
 </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.
  
-===== Projekt: LED mit Python ===== 
-==== 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> +<code python  led_simple.py>
-import RPi.GPIO as GPIO+
  
-PIN = 17+#!/usr/bin/env python3
  
-GPIO.setmode(GPIO.BCM) +import RPi.GPIO as GPIO
-GPIO.setup(PIN, GPIO.OUT) +
- +
-def on(): +
-    GPIO.output(PIN, GPIO.HIGH) +
- +
-def off(): +
-    GPIO.output(PIN, GPIO.LOW) +
- +
-def status(): +
-    return GPIO.input(PIN) +
- +
-def cleanup(): +
-    GPIO.cleanup() +
-</code> +
- +
-=== logic.py === +
- +
-<code python logic.py> +
-from core import gpio_hw +
- +
-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> +
- +
- +
- +
-=== ledcontrol.py === +
- +
-<code python ledcontrol.py> +
-#!/usr/bin/env python3+
  
-from core import logic +# START ADJUST AREA 
-from core import gpio_hw+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 205: Zeile 177:
 </code> </code>
  
- +=== Programm ausführen ===
-==== Testen des Programms ==== +
- +
-Bevor mit dem Projekt weitergearbeitet wird, muss überprüft werden, ob das LED-Programm korrekt gestartet werden kann. +
- +
-Dazu müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein: +
- +
-  * die Python-Environment ist aktiviert, +
-  * die Programmstruktur wurde korrekt angelegt, +
-  * der Abschnitt **„Pakete & Bibliotheken installieren“** wurde vollständig gelesen und umgesetzt. +
- +
-Anschließend wird in den Quellcode-Ordner gewechselt und das Programm gestartet: +
 <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.
  
-Bei erfolgreichem Start erscheint die Eingabeaufforderung von ''ledcontrol.py'': +===== Projekt: LED mit Python ===== 
- +  * [[project:python_led| Projekt: LED mit Python ]]
-<code>on / off / status ></code> +
- +
-=== Verhalten bei Eingaben testen === +
- +
-  * **on** → die LED wird eingeschaltet und „on“ ausgegeben. +
-  * **off** → die LED wird ausgeschaltet und „off“ ausgegeben. +
-  * **status** → der aktuelle Zustand wird angezeigt. +
-  * unbekannte Eingabe → das Programm bleibt aktiv und fordert erneut zur Eingabe auf. +
- +
-Wenn das Verhalten wie beschrieben ist, läuft das Programm korrekt und die Einrichtung war erfolgreich. +
- +
- +
-<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.1771262882.txt.gz · Zuletzt geändert: von torsten.roehl