Всем привет! Сегодня я расскажу как мне удалось сэкономить порты своей Raspberry Pi. Давно хотел подключить строчный дисплей к этому одноплатному компьютеру, и даже попробовал это сделать используя библиотеку wiringpi, но уж очень много выводов занимает такое подключение. Первое, что пришло в голову, было использование сдвиговых регистров, но все же я решил посмотреть в сторону шины I2C или SPI. Почитав топики в интернете нашел классное решение - RGB LCD SHIELD KIT W/ 16X2 CHARACTER DISPLAY - ONLY 2 PINS USED! . На плате используется всего два пина для управления SDL и SCK по шине I2C, плюс еще места хватило для пяти тактовых кнопок. В данном устройстве скорость не так сильно важна, поэтому шина I2C мне вполне подошла. «Сердцем» платы является микросхема компании Microchip, расширитель портов MCP23017 .
Всем привет!
Время от времени в практике возникали ситуации, когда я мечтательно задумывался о том, что неплохо было бы запилить веб-сервер в качестве бэкенда для каких-то своих несложных проектов. Ну, чтобы был hostname, как положено, и чтобы снаружи можно было отдать ему какие-то данные и получить какие-то данные, может быть прикрутить API-шечку, а может и вообще - хостить там свой уютный бложик.
В воображении сразу вырисовывались какие-то стойки с blade-ами, аренда виртуалки на Digital Ocean, или, на худой конец, круглосуточно гудящий компьютер под столом.
А ведь хочется чего-то тихого, изящного, бесшумного, и желательно бесплатного…
Стоп! Но ведь все уже изобретено до нас!
Сегодня я хочу рассказать про то, как можно за копейки, обладая минимальным количеством знаний, запилить машину, которая обеспечит 90% ваших (ну, моих - точно) потребностей в бэкенде.
Рассказ будет нести характер записей для самого себя - чтобы не забыть что делать, повторяя это в следующий раз, например)
Кому интересно - го под кат (кстати, обратите внимание, как бутербродом напаяны чипы на плате).
Raspberry PI - это устройство имеющее достаточную производительность для того чтобы на его основе могли быть построены роботы способные распознавать образы, выполнять работу людей и прочие подобные устройства для автоматизации и выполнения сложных вычислительных действий. Т.к. тактовая частота процессора Raspberry PI 3 м.б. 1.2 ГГц а его разрядность 32 бита то Raspberry PI 3 значительно превосходит обычное Arduino у которого тактовая частота как правило 16 МГц а разрядность микроконтроллера 8 бит, Arduino безусловно занимает своё место в выполнении операций не требующих большой производительности но когда её уже не хватает Raspberry PI "приходит на помощь" и перекрывает такой большой диапазон возможных применений что можно быть абсолютно уверенным в целесообразности приобретения данного одноплатного компьютера Raspberry PI 3 (можно заказать по ссылке) . Т.к. Raspberry PI - это компьютер то для того чтобы его использовать нужно на него установить операционную систему (хотя существуют обходные пути но всё же лучше и проще установить операционную систему (ос далее)). Существует много ос которые можно установить на Raspberry Pi но одной из самых популярных (для использования с Raspberry Pi), наиболее подходящих для начинающих является ос Raspbian. Для того чтобы установить ос на Raspberry Pi понадобиться micro sd карта с расширителем для того чтобы её можно было вставить в обычный компьютер и записать на неё ос. Sd карта должна иметь не менее 4Гб памяти при установке полной версии Raspbian и не менее 8Гб для установки минимальных версий Raspbian. Минимальные версии могут не иметь (и скорее всего не имеют) графического интерфейса и много всего остального что может считаться лишним и занимает место. Для избежания проблем с отсутствием необходимых файлов, можно поставить полную версию. Можно использовать SD карту 10го класса и с 32Гб памяти (проверено работает (как см. видео ниже)). После приобретения карты памяти её надо вставить в компьютер в соответствующий разъём, после этого посмотреть с какой буквой появился диск в разделе "мой компьютер" и запомнить, потом надо скачать ос с официального сайта https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ нажав кнопку "Download ZIP" под "RASPBIAN JESSIE" для скачивания полной версии или под "RASPBIAN JESSIE LITE" для скачивания облегчённой но, для начинающих, лучше выбрать "RASPBIAN JESSIE" т.е. полную версию. После скачивания архива "RASPBIAN JESSIE" его нужно разархивировать, потом скачать программу (или от сюда https://yadi.sk/d/SGGe1lMNs69YQ), установить её, открыть, далее нужно в правом верхнем углу указать букву диска (запомненную ранее), найти разархивированный образ ос
И нажать кнопку "write".
После чего выведется окно с предупреждением и в этом окне надо нажать кнопку "Yes",
После того как запись закончиться и появится окно сообщающее об успешной записи (Write Successful) нужно нажать кнопку "Ok" в этом окне.
Потом закрыть программу, вытащить SD карту безопасным способом и вставить в Raspberry Pi.
Далее можно подключить к Raspberry Pi usb клавиатуру (или ps2 через ), usb мышь и монитор или телевизор через hdmi кабель или можно подключить ethernet кабель (но это для опытных пользователей поэтому далее рассмотрим первый вариант). После этого надо подключить питание через micro usb например от зарядного устройства от смартфона. После подключения питания начнётся установка операционной системы. Как правило в новых (на момент написания данной статьи) версиях ос уже настроена возможность связи с Raspberry Pi по SSH и поэтому для того чтобы настроить связь с Raspberry Pi 3 по wifi достаточно настроить только wifi, Для этого в правом верхнем углу экрана есть значёк на который нужно нажать и выбрать wifi,
После чего вписать пароль от данного wifi в появившееся текстовое поле,
После этих действий wifi на Raspberry Pi 3 будет настроен и дальше можно будет не используя провода программировать Raspberry Pi 3 удалённо по wifi. После настройки Raspberry Pi 3 можно выключить вписав в командной строке (в программе LXTerminal которую можно открыть двойным кликом по иконке программы) команду sudo halt или нажав соответствующие кнопки выключения в графическом режиме, после окончательного выключения можно отключить питание и при следующей подаче питания Raspberry Pi 3 включиться с wifi. Теперь чтобы программировать Raspberry Pi 3 по wifi нужно выяснить какой у него ip адрес. Для того чтобы это сделать надо подать питание на Raspberry Pi 3, дождаться окончания загрузки ос, зайти в веб интерфейс маршрутизатора (вписав в строке браузера 192.168.1.1 или то что надо для входа в веб интерфейс, ввести логин и пароль), найти вкладку DHCP Leases или что то подобное, найти там строку с raspberry и ip адрес Raspberry Pi 3.
Далее нужно открыть программу PuTTY (если её нет то перед этим скачать (или ) и установить) поставить порт 22, соединение по SSH, вписать в поле "Host Name (or IP Adress)" ip адрес Raspberry Pi 3,
После чего нажать кнопку "Open" внизу окна, далее появиться чёрное окно с предложением ввести логин. По умолчанию логин "pi" - его надо ввести и нажать enter. Далее надо ввести пароль, по умолчанию "raspberry". При вводе пароля он не отображается - это нормально. После того как пароль введён невидимыми буквами нужно нажать enter и если всё было сделано правильно то мы получим доступ к Raspberry Pi 3 если нет то нужно повторить действия. После того как получен доступ к Raspberry Pi 3 можно его программировать, для начала нужно войти в папку "pi" для этого надо вписать команду
И нажать enter (после cd обязательно пробел).
Теперь можно открыть текстовый редактор nano. Nano - это специальный текстовый редактор который есть на большинстве ос на подобии Linux и в котором можно написать программу для Raspberry Pi. Для открытия этого редактора и одновременно с этим создания файла с названием "first" и расширением "py" нужно вписать команду
И нажать enter. Откроется редактор nano и можно заметь что его интерфейс немного отличается но в основном - это то же чёрное поле в которое надо вписывать команды. Т.к. мы хотим управлять портами ввода вывода общего (GPIO) то прежде чем запустить программу по управлению этими портами, нужно подключить к ним какое нибудь устройство чтобы можно было видеть что управление получилось. Надо также отметить что пины настроенные как выходы у Raspberry Pi могут выдавать очень небольшой ток (предполагаю что до 25мА) и учитывая что Raspberry Pi это всё таки не самое дешёвое устройство то настоятельно рекомендуется позаботиться от том чтобы нагрузка на выводы не была слишком большой. Маломощные индикаторные светодиоды, как правило, могут использоваться с Raspberry Pi т.к. им для того чтобы светиться достаточно небольшого тока. Для первого раза можно сделать приспособление с разъёмом, двумя встречно параллельно включёнными светодиодами и резистором с сопротивлением 220Ом включённым последовательно со светодиодами. Т.к. сопротивление резистора 220Ом, ток обязательно проходит через этот резистор и нет параллельных путей его прохода, напряжение на выводах 3.3В то ток не будет больше чем 3.3/220=0.015А=15мА. Подключить это можно к свободным GPIO например к 5 и 13 как на схеме
(распиновка взята с https://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi), выглядеть это может примерно так:
После того как всё аккуратно и правильно подключено и есть уверенность в том что ничего не сгорит можно скопировать в редактор NANO первую простенькую программу на языке Python
Import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(13, GPIO.OUT)
GPIO.setup(5, GPIO.OUT)
GPIO.output(13, True)
GPIO.output(5, False)
time.sleep(1)
GPIO.output(13, False)
GPIO.output(5, True)
time.sleep(1)
GPIO.output(13, True)
GPIO.output(5, False)
time.sleep(1)
GPIO.output(13, False)
GPIO.output(5, True)
time.sleep(1)
GPIO.output(13, True)
GPIO.output(5, False)
time.sleep(1)
GPIO.output(13, False)
GPIO.output(5, True)
time.sleep(1)
GPIO.cleanup()
Потом нажать
После выхода из редактора NANO можно ввести команду
Sudo python first.py
После чего светодиоды помигают некоторое количество раз. Т.е. получилось управлять портами ввода вывода общего назначения по wifi! Теперь давайте рассмотрим программу и выясним как это получилось.
Строка:
Import RPi.GPIO as GPIO
Это подключение библиотеки "GPIO" для управления выводами.
Строка:
Это подключение библиотеки "time" для задержек.
Далее идёт установка режима GPIO:
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
Конфигурация выводов 5 и 13 как выходы:
GPIO.setup(13, GPIO.OUT)
GPIO.setup(5, GPIO.OUT)
Установка логической единицы на выводе 13, установка логического нуля на выводе 5:
GPIO.output(13, True)
GPIO.output(5, False)
Задержка
Установка логического нуля на выводе 13, установка логической единицы на выводе 5:
GPIO.output(13, False)
GPIO.output(5, True)
Переводит все выводы в исходное состояние и программа завершается. Т.о. можно управлять любыми свободными пинами по wifi и если сделать питание 5В от аккумулятора то уже можно сделать какого нибудь автономного робота или устройство не привязанное проводами к чему либо стационарному. Язык программирования Python (питон) отличается от си подобных языков, например вместо точки с запятой, для завершения команды, в питоне используется перевод строки, вместо фигурных скобок используется отступ от левого края который делается клавишей Tab. В общем Python это очень интересный язык на котором получается легко читаемый простой код. После того как работа (или игра) с Raspberry PI 3 закончена можно его выключить командой
И после полного выключения убрать питание. При подаче питания Raspberry PI 3 включается и с ним снова можно работать (или играть). Заказать Raspberry pi 3 можно по ссылке http://ali.pub/91xb2 . О том как делается настройка Raspberry PI 3 и управление его пинами можно посмотреть на видео:
После успешного мигания светодиодами можно приступить к полномасштабному изучению данного компьютера и созданию проектов используя возможностями Raspberry PI 3 которые ограничены лишь вашим воображением!
Сегодня четвертый урок, на котором мы поработаем с портами GPIO, в частности помигаем светодиодом в разных режимах.
Урок ориентирован на начинающих пользователей и представлен в текстовом и видео-форматах.
Видео четвертого урока:
Для сегодняшнего урока мы выбрали язык программирования Python.
Python — современный объектно-ориентированный язык. Он наиболее часто используется для программирования GPIO на Raspberry Pi. Python входит в состав операционной системы Raspbian.
Для работы нам потребуется собрать следующую схему:
Схема подключения светодиода и кнопки к Raspberry Pi
Обратите внимание, что порты GPIO на Raspberry Pi не подписаны, полезно иметь распечатанную распиновку.
Распиновка Raspberry Pi. Схема с ledgerlabs.us
Собранная модель со светодиодом и кнопкой
Заходим в LXTerminal и набираем:
После этого вместо имени пользователя в начале строки должно отобразиться >>> .
Вводим следующие строки:
Import RPi.GPIO as GPIO #импорт библиотеки
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) #"включение" GPIO
GPIO.setup(7, GPIO.OUT) #объявление 7-го пина как выход
Затем для включения светодиода можно использовать команду
GPIO.output(7, 1)
А для выключения
GPIO(output(7, 0)
После работы с GPIO желательно выполнить команду
GPIO.cleanup()
Для автономной работы светодиода нам потребуется написать и запустить программу. Для этого откроем предустановленную программу IDLE 3 и в меню File нажмем New. В открывшемся окне мы можем писать программу.
Напишем:
import RPi.GPIO as GPIO #импорт библиотеки для работы с GPIO
import time #импорт библиотеки для ожидания
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) #"запуск" GPIO
____GPIO.output(7, 1) #включение светодиода
____GPIO.output(7, 0) #выключение светодиода
____time.sleep(1) #ожидание 1 секунды
Сохраним программу в папке /home/pi.
Теперь мы можем запустить программу из LXTerminal с помощью команды
sudo python programname.py
Поуправляем светодиодом с помощью внешней кнопки: когда кнопка зажата — светодиод горит, когда отжата — не горит.
Для этого подключим кнопку к порту 5.
Для управления нам потребуется следующая программа:
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
Сделаем еще одну программу. Она будет менять состояние светодиода при получении пустой строки и заканчиваться при получении другой строки.
Import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(7, GPIO.OUT)
while True:
____str = input("Enter - включение, другое - выход ");
____if str != "":
________break
____else:
________GPIO.output(7, 1)
____str = input("Enter - выключение, другое - выход ");
____if str != "":
________break
____else:
________GPIO.output(7, 0)
GPIO.cleanup()
На этом четвертый урок по Raspberry Pi для начинающих закончен, продолжение следует!
