Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen angezeigt.

--- projekt:python_projekt_gpio [2026/02/09 10:34] – [Programm testen] torsten.roehl
+++ projekt:python_projekt_gpio [2026/09/16 07:06] (aktuell) – [Hardware ansteuern] 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.
+{{ :raspberry_pi:ampel_led.jpg?300 |}}
 ====== Überblick ======
   * 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: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>|
+|{{ :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|
-===== Programmstruktur anlegen =====
+<note important> Im Kurs wird nicht mit einem Steckbrett gearbeitet, sondern mit einem eigens entwickelten kleinen Modul.
-=== Programmstruktur ===
+Diese Platine ermöglicht es, auch ohne Hardwarekenntnisse sicher zu arbeiten und sich dadurch schnell auf die Software zu konzentrieren.
-Folgende Programmstruktur wird verwendet.
+{{ :raspberry_pi:board_3d.png?400 |}}
+☛ http://wiki.softure.de/doku.php?id=0x0020
+</note>
+==== Verwendete Hardware  ====
-  * ''gpio_led'' – Projektordner im Verzeichnis ''~/devel''
+  * Hardware-Anbindung LED-Ampel-Modul (R/G/Y + GND)
-  * ''gpio_env'' – Python-Environment
-  * ''src''      – Ordner für den Quellcode (engl. source)
-  * ''core''     – Unterordner in ''src''
-<code bash>
+Dieses LED-Modul besitzt vier Anschlüsse:
-gpio_led/
-├── gpio_env
-└── src
-    ├── core
-    │   ├── gpio_hw.py
-    │   ├── logic.py
-    │   └── __init__.py
-    └── ledcontrol.py
-</code>
+Wir verwenden folgende GPIO-Nummern. Falls andere gewählt werden muss der Quellcode entsprechend angepasst werden.
-Lege alle Verzeichnisse so an, wie oben dargestellt.
+^ Modul ^ Raspberry Pi GPIO ^
-Alle Dateien – bis auf ''%%__init__.py%%'' – kommen später dazu.
+| GND   | beliebigen GND  |
+| **<color #ed1c24>R</color>**  → rote LED   | **GPIO17**  |
+| **<color #22b14c>G</color>**  → grüne LED  | **GPIO27**  |
+| **<color #fff200>Y</color>**  → gelbe LED  | **GPIO22**  |
-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 ===
+++++ Technisches Prinzip |
-Systemweit GPIO-Unterstützung über ''apt'' zur Verfügung stellen:
-<code bash>
+Auf dem Modul sind bereits Vorwiderstände (Kennzeichnung „331“ = 330 Ohm) verbaut.
-sudo apt install python3-rpi.gpio
+Es ist daher **kein zusätzlicher Widerstand erforderlich**.
-</code>
-Jetzt die **ENV** aktivieren und ''RPi.GPIO'' installieren:
+  * **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.
-<code bash>
+<note>
-source ~/devel/gpio_led/gpio_env/bin/activate
-pip install RPi.GPIO
-</code>
+Strom bei 3,3 V:
-===== Projekt: LED mit Python =====
+  (3,3 V − ca. 2,0 V LED) / 330 Ω ≈ 4 mA
-==== Hardware ====
-==== Quellcode (Sourcecode) ====
+Dies ist für den Raspberry Pi unkritisch.
-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.
+</note>
-=== gpio_hw.py ===
-<code python gpio_hw.py>
+++++
-import RPi.GPIO as GPIO
+=====  Environment anlegen =====
+<WRAP center round box 80%>
+**Aufgabe: Anlegen einer Python-Environment**
-PIN = 17
+Lege eine Umgebung
+  * ''~/devel/projects/course_env'' an.
+Hierfür muss der Ordner ''~/devel/projects'' bereits vorhanden sein.
-GPIO.setmode(GPIO.BCM)
+</WRAP>
-GPIO.setup(PIN, GPIO.OUT)
-def on():
+<note tip>
-    GPIO.output(PIN, GPIO.HIGH)
+Das Anlegen und Managen einer Umgebung ist hier
+[[python_python-umgebung_env_einrichten_vorbereitungen_fuer_projekte_schaffen|Python ENV]]
+ausführlich beschrieben.
+</note>
-def off():
+<note important>
-    GPIO.output(PIN, GPIO.LOW)
+**Wechsle in die Environment**
+Die Programmierung erfolgt nun immer mit der gewählten Umgebung!
+<code>
+source ~/devel/projects/course_env/bin/activate
+</code>
+  * Für alle **Python-Projekte** im Kurs verwenden wir diese eine Umgebung: **course_env**!
+</note>
+==== Pakete & Bibliotheken installieren ====
-def status():
-    return GPIO.input(PIN)
-def cleanup():
-    GPIO.cleanup()
-</code>
-=== logic.py ===
+Systemweit GPIO-Unterstützung über ''apt'' zur Verfügung stellen:
-<code python logic.py>
+<code bash>
-from core import gpio_hw
+sudo apt install python3-rpi.gpio
+</code>
-def turn_on():
+Jetzt die **ENV** aktivieren (falls noch nicht geschehen) und dann erst ''RPi.GPIO'' installieren:
-    gpio_hw.on()
-    return "on"
-def turn_off():
+<code bash>
-    gpio_hw.off()
+source ~/devel/projects/course_env/bin/activate
-    return "off"
+pip install RPi.GPIO
-def get_status():
-    return "on" if gpio_hw.status() else "off"
 </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.
-=== ledcontrol.py ===
+<code python  led_simple.py>
-<code python ledcontrol.py>
 #!/usr/bin/env python3
-from core import logic
+import RPi.GPIO as GPIO
-from core import gpio_hw
+# START ADJUST AREA
+PIN = 17                       # PIN wählen
+VALUE = GPIO.HIGH              # HIGH / LOW  (anschalten/ausschalten)
+# END ADJUST AREA
 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__":
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 </code>
-==== Testen des Programms ====
+=== Programm ausführen ===
-===== Programm testen =====
-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:
 <code bash>
-cd ~/devel/gpio_led/src
+chmod 775 led_simple.py  # einmalig ausführbar machen!
-./ledcontrol.py
+./led_simple.py          # Script ausführen!
 </code>
+Hierfür muss das Programm ausführbar gemacht werden (''chmod'') und man sich im Verzeichnis des auszuführenden Programms befinden.
-Du solltest nun die Eingabeaufforderung sehen:
+===== Projekt: LED mit Python =====
+  * [[project:python_led| Projekt: LED mit Python ]]
-on / off / status >
-=== Verhalten bei Eingaben testen ===
-  * **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.
-<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>