☚ zurück

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.

• Hardware ansteuern
• Programmstruktur anlegen
• Projekt: LED mit Python
• Projekt: Temperatursensor mit Python

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 Layout und Orientierung.

Nur die GPIO, GND und VCC werden benutzt. GND VCC GPIO 17, GPIO 27, GPIO 22, GPIO 23, GPIO 24 In diesem Kurs werden die oben aufgelisteten Pins verwendet!

Folgende Programmstruktur wird verwendet.

• gpio_led – Projektordner im Verzeichnis ~/devel
• gpio_env – Python-Environment
• src – Ordner für den Quellcode (engl. source)
• core – Unterordner in src

gpio_led/
├── gpio_env
└── src
    ├── core
    │   ├── gpio_hw.py
    │   ├── logic.py
    │   └── __init__.py
    └── ledcontrol.py

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:

touch __init__.py

Bevor weitergearbeitet werden kann, sollte die Programmstruktur überprüft werden.

Systemweit GPIO-Unterstützung über apt zur Verfügung stellen:

sudo apt install python3-rpi.gpio

Jetzt die ENV aktivieren und RPi.GPIO installieren:

source ~/devel/gpio_led/gpio_env/bin/activate
pip install RPi.GPIO

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

import RPi.GPIO as GPIO
 
PIN = 17
 
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
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()

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"

ledcontrol.py

#!/usr/bin/env python3
 
from core import logic
from core import gpio_hw
 
def main():
    print("GPIO CLI gestartet (CTRL+C beendet)")
 
    try:
        while True:
            cmd = input("on / off / status > ").strip()
 
            if cmd == "on":
                print(logic.turn_on())
            elif cmd == "off":
                print(logic.turn_off())
            elif cmd == "status":
                print(logic.get_status())
 
    except KeyboardInterrupt:
        pass
 
    finally:
        gpio_hw.cleanup()
 
if __name__ == "__main__":
    main()

Bevor mit dem Projekt gearbeitet wird, muss sichergestellt werden, dass:

• die Python-Environment aktiviert ist,
• die Programmstruktur korrekt angelegt wurde,
• das GPIO-Modul verfügbar ist.

Starte das Programm im Ordner src mit:

./ledcontrol.py

Wenn keine Fehlermeldung erscheint und die Eingabeaufforderung

on / off / status > 

angezeigt wird, ist das Programm korrekt gestartet und bereit für das Projekt.

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:

cd ~/devel/gpio_led/src
./ledcontrol.py

Du solltest nun die Eingabeaufforderung sehen:

on / off / status >

• 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.