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GPIO Projekte

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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.

Überblick

Details

Hardware ansteuern

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.

ACHTUNG: Der Raspberry Pi kann Schaden nehmen!

Anfänger sollten sehr vorsichtig sein! Tatsächlich ist ein Arduino für erste Experimente (wegen des geringeren Preises) häufig die bessere Wahl.

Bitte alle Anweisungen beachten und im Zweifel den Tutor fragen.

Gerade Anfängern passiert es leider immer wieder, dass sie versehentlich genau das Falsche tun.

Hardware-Regeln
  1. Hardware-Anpassungen nicht durchführen, während der Raspberry Pi mit Strom versorgt ist.
  2. Vor der Inbetriebnahme die Hardware vom Tutor kontrollieren lassen.
  3. Niemals GPIO-Pins direkt mit 5 V verbinden.
  4. Keine Kurzschlüsse zwischen Pins verursachen (also keine zwei Pins direkt mit einem Kabel verbinden).

Beim Raspberry Pi gelten für die GPIO-Pins grob folgende elektrische Grenzen:

  • max. ca. 16 mA pro GPIO-Pin
  • max. ca. 50 mA insgesamt über alle GPIOs zusammen
Raspberry Pi Layout und Orientierung.

Nur die GPIO, GND und VCC (3,3V) werden benutzt.

  • LED-Ampel:
    • Masse: GND
    • R/Y/G: GPIO 17, GPIO 27, GPIO 22
  • Temperatursensor
    • Versorgungsspannung: VCC 3,3
    • Masse: GND
    • Data: GPIO 4
Adapterplatine zur Nutzung auf einem Steckbrett.
Alle Bauteile LED-Ampel und Temperatursensor die im Kurs verwendet werden sind angeschlossen

Verwendete Hardware

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
R → rote LED GPIO17
G → grüne LED GPIO27
Y → gelbe LED GPIO22

Technisches Prinzip

Environment anlegen

Aufgabe: Anlegen einer Python-Environment

Lege eine Umgebung

  • ~/devel/projects/course_env an.

Hierfür muss der Ordner ~/devel/projects bereits vorhanden sein.

Das Anlegen und Managen einer Umgebung ist hier Python ENV ausführlich beschrieben.
Wechsle in die Environment Die Programmierung erfolgt nun immer mit der gewählten Umgebung! 
source ~/devel/projects/course_env/bin/activate
  • Für alle Python-Projekte im Kurs verwenden wir diese eine Umgebung: course_env!

Pakete & Bibliotheken installieren

Systemweit GPIO-Unterstützung über apt zur Verfügung stellen: 

sudo apt install python3-rpi.gpio

Jetzt die ENV aktivieren (falls noch nicht geschehen) und dann erst RPi.GPIO installieren: 

source ~/devel/projects/course_env/bin/activate
pip install RPi.GPIO

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.

led_simple.py
#!/usr/bin/env python3
 
import RPi.GPIO as GPIO
 
# START ADJUST AREA
PIN = 17                       # PIN wählen
VALUE = GPIO.HIGH              # HIGH / LOW  (anschalten/ausschalten)
# END ADJUST AREA
 
def main():
 
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)     # Broadcom-GPIO-Nummern
    GPIO.setwarnings(False)    # Warning OFF
    GPIO.setup(PIN, GPIO.OUT)  # Als Ausgabe PIN festlegen
 
    GPIO.output(PIN, VALUE)    # Output setzen!
 
    state = GPIO.input(PIN)
    print("Status: ", bool(state))
 
    # GPIO.cleanup()            # Pin freigeben (LOW INPUT)
 
if __name__ == "__main__":
    main()

Programm ausführen

chmod 775 led_simple.py  # einmalig ausführbar machen!
./led_simple.py          # Script ausführen!

Hierfür muss das Programm ausführbar gemacht werden (chmod) und man sich im Verzeichnis des auszuführenden Programms befinden.

Projekt: LED mit Python