Программирование Raspberry Pi – это легко, особенно на Python. GPIO-пины Raspberry Pi и их использование из Python
Программирование Raspberry Pi 3 - это как раз то, для чего большинство людей и берет этот одноплатный компьютер. Здесь сразу же следует отметить, что в этом материале не будет изложено инструкций, подробно раскрывающих, как и что нужно делать - таких в «сети» полно. Однако, рекомендуется читать официальную документацию и специализированные формы. Вместо этого в статье будут рассмотрены основные моменты, из которых станет понятно, что на Raspberry Pi программирование не отличается сложностью.
Python - это основной язык Raspberry Pi
Почти все владельцы Raspberry Pi понимают, что означает первое слово в названии одноплатника - "малина". Однако второе многие интерпретируют неверно.
Некоторые считают, что оно означает "Пи" (3,14…), другие думают, что это первые две буквы слова Pie (пирог, и в этом есть смысл - "малиновый пирог"). Однако на деле все иначе.
Pi - это сокращение от Python, только с заменой y на i. Так часто делают в программировании. Взять, например, хотя бы KDE, где во многих программах вместо С написано K (в угоду стилю): Konsole (правильно - Console), Konqueror (Conqueror) и т. д.
То есть, как не трудно догадаться, в Raspberry основным языком является "Пайтон". Поэтому владельцу "Малины", который пока не знает никакого ЯП, рекомендуется изучать именно этот. Причин, почему Raspberry Pi 3 программирование на Python наиболее лучшее решение, существует множество.
Вот лишь некоторые из них:
- работа из коробки в Raspbian;
- наличие обширной, хорошо документированной официальной библиотеки, которая уже включена в пакет;
- простота языка и т. д.
Здесь по понятным причинам не будем рассказывать о языке и особенностях программирования на нем - это можно и нужно делать на официальных ресурсах (или, если не позволяет плохое знание английского - на специализированных).
Вместо этого будет рассмотрено, насколько легко можно программировать "Малину". Для примера возьмем Raspberry Pi 3 GPIO программирование. Сделаем предположение, что в наличии имеется все необходимое: провода, светодиод, резистор и прочее, а также присутствует понимание распиновки - нумерации пинов. Также предположим, что светодиод подключен к 11 порту.
Написанный ниже код включает лампочку на 5 секунд, а затем выключает ее:
# вначале подключим необходимую библиотеку
import RPi.GPIO as GPIO
# также понадобится библиотека, которая отвечает за ожидание (она нужна, чтобы установить интервал включения и выключения лампочки)
# чтобы запустить GPIO, понадобится выполнить следующую функцию
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
# теперь Python знает о GPIO, и ему можно указать на то, с каким портом нужно будет работать и что он должен делать (в данном случае - 11-м и он будет работать на выход)
GPIO.output(11, 1)
# теперь выключим (0 - значит false)
GPIO.output(11, 0)
Указанный код можно скопировать, вставить в документ и сохранить его с расширением.py, расположив, например, в домашней директории. Затем его нужно запустить командой: python ~./имя_файла.py.
Если все работает, то оборудование исправно.
Следует отметить, что, если вы плохо понимаете вышеуказанный код, обратитесь к документации и изучите основы программирования на Python, а также библиотеку GPIO. А если у вас есть хотя бы базовое понимание любого ЯП, то осознаете, что приведенный пример предельно прост.
Программирование на других языках под Raspberry
Программирование на C для Raspberry Pi или на других языках программирования почти ничем не отличается от того, что предполагает написание кода под другими платформами. Единственное - необходимы специальные библиотеки.
Библиотека WiringPi для работы с GPIO
Если интересует Raspberry Pi программирование на C/С++ и работа с GPIO, то требуется установить в систему непосредственно сам gcc, а затем библиотеку wiringPi - ее можно найти на GitHub. В описании к ней присутствует мануал по использованию.
Следует отметить, что для установки библиотек из GitHub, требуется утилита GIT. Если в системе ее нет, понадобится поставить из репозитория (полное имя: git-core).
Программирование "Малины" при помощи Java
Желающие программировать Raspberry Pi на Java, должны обратить внимание на Pi4J - библиотеку, которая предназначена специально для работы с "Малиной". Загрузить и узнать о ее особенностях можно на официальном сайте проекта.
Интересно то, что изначально "Малина" разрабатывалась непосредственно для обучения детей программированию. Создатель этого устройства заметил, что уровень понимания функционирования компьютеров у современных студентов значительно ниже, чем у тех, кто учился в 90-х. Он связал это с тем, что вычислительные устройства стали предельно просты: если раньше увлеченным электроникой детям и подросткам приходилось разбираться в командах терминала и даже самостоятельно писать код, теперь все делается посредством нажатия на пару кнопок.
Поэтому, естественно, предусмотрено визуальное программирование Raspberry Pi. В частности, для этого применяется язык Scratch со специальным сервером - GPIOSERVER. В Сети существует множество мануалов, которые помогают освоиться с соответствующими программами, поэтому рассматривать их смысла нет.
Перечисленными языками не ограничиваются возможности "Малинки". С ней можно взаимодействовать в том числе и при помощи PHP, Ruby, Perl и прочих ЯП. Почти под каждый популярный язык существуют хоть и не официальные, но зато рабочие и достаточно функциональные библиотеки. Однако опять следует упомянуть, что лучше для программирования Raspberry использовать именно "Пайтон".
Одноплатный компьютер Raspberry Pi зачастую программируют на языке Python. Но это вовсе не значит, что данный миникомпьютер нельзя программировать на каком-либо другом языке.
Среди матерых программистов очень популярен язык C, и этот язык можно с успехом использовать в написании программ для Raspberry Pi. В данном материале будет показано, как это осуществить.
Язык C представляет собой C мощный язык программирования общего назначения. Он быстрый, довольно гибкий и доступен на всех платформах. Он очень эффективен. Это главная причина, почему он очень популярен, несмотря на то, что ему уже больше 40 лет. Данный язык был первоначально разработан Деннисом М. Ричи для разработки операционной системы UNIX в Bell Labs, а его первая реализация произошла в 1972 году на компьютере DEC PDP-11.
Одним из преимуществ C является то, что код работает почти так же быстро, как и код на ассемблере. Подобно ассемблеру, C позволяет вам получить доступ к мощным низкоуровневым машинным функциям и имеет синтаксис, который легче читать, чем ассемблерный код. Языки программирования высокого уровня (например, Python) предоставляют программистам команды, которые упрощают выполнение таких задач, как вывод текста на монитор и реализация логических функций. Языки программирования низкого уровня (ассемблер) дают вам доступ к базовому набору машинных инструкций. Язык C можно назвать, наверное, языком программирования среднего уровня, который имеет преимущество предоставления полезных и простых в использовании функций и в то же время достаточно мощный, чтобы вы могли контролировать основные операции компьютера.
Чтобы продемонстрировать, как создать программу на C, скомпилировать ее и запустить на Raspberry Pi, мы напишем простую программу, которая будет печатать «hello world» в терминале. Процесс программирования на C состоит из четырех этапов: создание файла с исходным кодом, компиляция программы, создание исполняемого файла и выполнение программы.
Для начала откройте текстовый редактор Nano и создайте новый файл с расширением «.c», введя его в командной строке:
sudo nano hello-world.c
В этом файле вы напишете код на языке программирования C. Вы можете написать код в любом текстовом редакторе, просто удостоверьтесь, что файл имеет расширение «.c». Теперь введите этот код в Nano:
#include
После ввода кода нажмите Ctrl-X и Y, чтобы сохранить и выйти из Nano.
Код, написанный на C, необходимо будет скомпилировать, прежде чем он будет запущен на компьютере. Компиляция – это процесс преобразования кода, который вы написали, в машиносчитываемые инструкции, которые могут быть поняты процессором компьютера. Когда вы компилируете исходный файл, создается новый скомпилированный файл. Например, ввод команды ниже будет компилировать hello-world.c в новый файл под названием myfirstcprogram.
gcc hello-world.c -o myfirstcprogram
Теперь нам нужно сделать нашу программу исполняемой. Для этого нам просто нужно изменить права доступа к файлам. Введите это в командной строке:
chmod +x myfirstcprogram
Все, наша программа готова к выполнению. Чтобы запустить ее, в командной строке следует ввести:
./myfirstcprogram
Таким образом, программирование на языке C для Raspberry Pi является простым и достаточно быстрым.
Raspberry Pi – мощная платформа для обработки информации, полученных от разнообразных устройств. Этот микрокомпьютер может стать основой для создания систем умного дома и устройств распознавания образов. Наиболее удобной и популярной средой программирования для Raspbian является Питон. В это статье мы узнаем, как настроить Python на Raspberry Pi и как установить библиотеку RPI.GPIO для работы с GPIO портами.
Установка и настройка Python на Raspbian
Python – один из самых известных и используемых языков программирования. Изначально язык Python должен был выступать в роли основного языка программирования для Raspberry Pi. В микрокомпьютере Raspberry Pi он используется для работы с датчиками через GPIO при помощи специальной библиотеки. Пакет Python уже установлен в операционной системе Raspbian в двух версиях – 2 и 3. Каждый элемент в системе Raspbian перед именем имеют приставку «python-».
Установка и инсталляция пакетов выполняются с помощью утилиты apt либо pip.
Установить пакет утилитой apt можно при помощи команд:
sudo apt-get update
sudo apt-get install python3-picamera
Это один из лучших методов установки программного обеспечения. Благодаря такой установке программы можно легко обновить до последней версии – для этого используются команды sudo apt-get update и sudo apt-get upgrade.
Удалить ненужные элементы можно, запустив команду sudo apt-get remove python3-rpi.gpio.
Полное удаление можно произвести, добавив к команде окончание –purge:
sudo apt-get remove python3-rpi.gpio –purge.
Установка пакетов через PIP. Этот инструмент нужно тогда, когда невозможно найти нужный пакет или его последнюю версию. В это случае установка проводится через PyPI – каталог пакетов Python. Установка так же не вызывает трудностей, как и в предыдущем случае. Сначала нужно установить пакет через apt:
sudo apt-get install python3-pip (на примере третьей версии)
Команда pip-3.2 устанавливает нужные документы и файлы для python. Например, установить любую библиотеку можно следующим образом:
pip-3.2 install library
Удалить – с помощью команды
pip-3.2 uninstall.
Сам язык программирования Python характеризуется простым синтексом и высокой функциональностью, поддерживает автоматическое управление памятью, многопоточность вычислений, обработку исключений. Для этого языка существует большое количество библиотек для самых разнообразных сфер применения. Существуют расширения для создания игр – Pygame, для работы с мультимедиа, обработки графики, различных вычислений.
Установка библиотеки RPi.GPIO
Библиотека RPi.GPIO написана специально для управления портами GPIO на языке python. Эти порты позволяют собирать данных с датчиков, управлять двигателями, ключами, реле и прочими устройствами с помощью программы.
В первую очередь нужно скачать архив с официального сайта . На странице можно увидеть большое количество версий библиотеки. Нужно выбрать самую свежую версию.
Архив будет загружен в папку загрузки по адресу /home/pi/Downloads. Нужно зайти в нее, найти скачанный архив, нажать правую кнопку мыши и выбрать во всплывающем меню Extract Here.
Эта команда разархивирует библиотеку в папку, в которую помещен архив. Рядом с ним будет добавлена новая папка с названием RPi.GPIO-0.6.3.
Следующим шагом нужно установить python-dev. Запускается терминал и в него вводится команда
sudo apt-get install python-dev
Будет задан вопрос «Do you want to continue? », нужно нажать «Yes» и Enter.
В окне высветится отчет, который сообщает об успешно проведенной установке.
Чтобы установить библиотеку RPi.GPIO, нужно не закрывая перейти в папку, которая была распакована до этого.
cd /home/pi/Downloads/RPi.GPIO-0.6.3
Затем нужно запустить команду:
python setup.py build
На экране появится отчет о выполнении.
После этого нужно запустить установку библиотеки с помощью команды
sudo python setup.py install
После успешной установки на экране появится новый отчет.
Библиотека установлена, можно начинать работать.
Помимо вышеописанной библиотеки RPi.GPIO существуют и другие. Для доступа к GPIO контактам используется также библиотека WiringPi. Эта библиотека написана на языке C, используется в средах C, C++ и RTB (BASIC) и других. Она создавалась схожей с библиотекой Wiring на Ардуино.
Для программирования и настройки контактов вместе с библиотекой используется утилита gpio для командной строки. Она позволяет записывать и считывать данных с портов и управлять ими.
В 2011 году одноплатный компьютер Raspberry Pi был выпущен для тех, кто устал искать готовые решения и решил творить технологическое окружение самостоятельно. В то время как Arduino – это игрушка в большей степени для любителей работать руками, «малиновый» продукт – разминка мозга для программистов.
Всего за 6 лет под Raspberry были адаптированы почти все популярные языки программирования. Какие-то имеют существенные ограничения, какие-то работают на полную катушку. Рассмотрим 9 представителей второй категории.
Scratch
Официальный сайт предлагает пользователям Raspberry первый делом обратиться к Scratch. Исходники языка уже включены в стандартную операционную систему Raspbian. Начать создание IoT с помощью Scratch может как взрослый специалист, так и совсем ещё ребёнок. Недаром он всего за 10 лет выбился в топ-20 языков по числу запросов в поисковиках.
Python
Возможно для вас это будет сюрпризом, но Pi в названии – это не математическая константа, а отсылка к Python. IDLE, стандартная среда разработки программ на Raspberry, работает как раз на змеином языке. На официальном сайте в разделе документация вы найдёте базовое руководство . Кроме того, благодаря Python Games и их исходникам, вы познакомитесь с возможностями языка.
HTML5 и CSS3
Компьютеры Raspberry Pi подходят для создания систем IoT, а встроенный браузер Epiphany - подходящий клиентский интерфейс. Это значит, что без языков веба не обойтись. HTML5 и CSS3 позволят вам решить вопрос создания виртуальной оболочки умного дома с минимальными затратами времени и незначительными ограничениями.
JavaScript
JavaScript - динамическая сила Raspberry Pi. Вы сможете поработать с ним благодаря платформе Node.js, позволяющей вам создавать десктопные и веб-приложения. Не стоит забывать про библиотеку jQuery, которая работает в любом браузере, и наполняет его привычными динамическими функциями.
Java
Возможность запустить Java-код на любой платформе – главная концепция языка. И эта концепция особенно полезна для таких платформ, как Raspberry Pi. Вы сначала отладите код на «большой» ОС, а потом перенесёте на Raspbian. При этом разработка приложений на Java внутри «малиновой» системы затруднительна - здесь нет полноценной среды для этого языка.
С
Так как Raspbian – ОС на базе Unix, в качестве базового языка здесь выступает С. С его помощью вы получите максимальную производительность без использования машинных команд. Это особенно важно для серверных систем в составе IoT. Надмножество языка, Objective-C, используется для написания приложений для iPhone и iPad, что также может пригодиться вам с «малиной».
C++
С++ пригодится там, где нужны и скорость, и безопасность, и чёткость работы. Спектр задач при этом невероятно широк – от работы непосредственно с железом до организации взаимодействия устройств и клиентов. С++ переменит на «малиновую» сторону опытных разработчиков из прошлого века и тех, кто до этого писал код лишь для микроконтроллеров.
Perl
Perl постепенно сдаёт позиции в мире больших машин, но в Raspberry Pi это пока один из основных инструментов. Он поставляется «из коробки», имеет множество расширений и дополнений, с его помощью можно организовать сбор информации или переписать Си-программу. Это ударит по быстродействию, зато работать с таким кодом на порядок проще.
Erlang
Erlang - язык программирования для создания сложных систем. Допустим вы разрабатываете на своем одноплатном друге атомную электростанцию или нейронно-вычислительную сеть. C++ или другой прикладной язык не подойдёт. А вот Erlang позволит вам минимизировать ошибки и извлечь максимум возможностей из Raspberry Pi. Конечно, если вы дорастете до этого уровня.
Как вы поняли, язык разработки для Rasberry Pi имеет третьестепенное значение. Выбор зависит от вкусовых предпочтений, от типа решаемой задачи и вашего опыта. А значит, Rasberry Pi станет вашим верным спутником в программировании, какой бы путь вы ни выбрали.
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 урока нам понадобится:
- плата Raspberry Pi;
- кабель питания;
- USB-клавиатура;
- USB-мышь;
- монитор или телевизор с HDMI/RCA/DVI интерфейсом;
- кабель, один конец которого RCA или HDMI, а другой соответствует вашему монитору;
- SD-карта с уже установленной ОС Raspbian ();
- светодиод;
- кнопка;
- резистор на 220 Ом
- 3 провода «мама-папа»
- 2 провода «папа-папа».
Программирование Raspberry Pi GPIO на языке Python
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.
Сборка модели
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
Управление светодиодом на Raspberry Pi из консоли
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()
Программа для мигания светодиодом на Raspberry Pi
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
Управление светодиодом с помощью кнопки
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
Управление светодиодом с клавиатуры
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!
