informatics4kids.de

Diese Seite ist nicht editierbar. Sie können den Quelltext sehen, jedoch nicht verändern. Kontaktieren Sie den Administrator, wenn Sie glauben, dass hier ein Fehler vorliegt.
====== GPIO Projekte ======


[[python| ☚ 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.

{{ :raspberry_pi:ampel_led.jpg?300 |}}

====== Überblick ======
  * Hardware ansteuern
  * Environment anlegen
  * Minimalprogramm
  * [[project:python_led| Projekt: LED mit Python ]]


----

====== 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.


<note important>**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. 

**<color #ff7f27>Bitte alle Anweisungen beachten und im Zweifel den Tutor fragen.</color>**

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

</note>


<note warning>
**Hardware-Regeln**

  - Hardware-Anpassungen nicht durchführen, während der Raspberry Pi mit Strom versorgt ist.
  - Vor der Inbetriebnahme die Hardware vom Tutor kontrollieren lassen.
  - Niemals GPIO-Pins direkt mit 5 V verbinden.
  - 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

</note>

|{{ :raspberry_pi:raspi-layout4-1.jpg?300 |}}|
| Raspberry Pi Layout und Orientierung. |
|{{ :raspberry_pi:raspi-layout4.png?300 |}}|
|<WRAP>Nur die **<color #22b14c>GPIO</color>**, **GND** und **<color #ed1c24>VCC (3,3V)</color>** werden benutzt.
  * <color #7092be>LED-Ampel</color>:
          *  Masse: **GND**
          *  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>

</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|

==== Verwendete Hardware  ==== 

  * Hardware-Anbindung LED-Ampel-Modul (R/G/Y + GND)

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  |
| **<color #ed1c24>R</color>**  → rote LED   | **GPIO17**  |
| **<color #22b14c>G</color>**  → grüne LED  | **GPIO27**  |
| **<color #fff200>Y</color>**  → gelbe LED  | **GPIO22**  |




++++ Technisches Prinzip |

Auf dem Modul sind bereits Vorwiderstände (Kennzeichnung „331“ = 330 Ohm) verbaut.  
Es ist daher **kein zusätzlicher Widerstand erforderlich**.

  * **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.  

<note>

Strom bei 3,3 V:

  (3,3 V − ca. 2,0 V LED) / 330 Ω ≈ 4 mA
  
Dies ist für den Raspberry Pi unkritisch.
</note>

++++
=====  Environment anlegen =====
<WRAP center round box 80%>
**Aufgabe: Anlegen einer Python-Environment**

Lege eine Umgebung
  * ''~/devel/projects/course_env'' an. 
Hierfür muss der Ordner ''~/devel/projects'' bereits vorhanden sein.

</WRAP>

<note tip>
Das Anlegen und Managen einer Umgebung ist hier
[[python_python-umgebung_env_einrichten_vorbereitungen_fuer_projekte_schaffen|Python ENV]]
ausführlich beschrieben.
</note>

<note important>
**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 ====



Systemweit GPIO-Unterstützung über ''apt'' zur Verfügung stellen:

<code bash>
sudo apt install python3-rpi.gpio
</code>

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

<code bash>
source ~/devel/gpio_led/gpio_env/bin/activate
pip install RPi.GPIO
</code>

===== Minimal Programm =====
Dieses Programm (''led.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.


<code python  led.py>

#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO

PIN = 17                       # PIN wählen
VALUE = GPIO.HIGH              # HIGH / LOW  (anschalten/ausschalten)

def main():

    GPIO.setmode(GPIO.BCM)     # Broadcom-GPIO-Nummern
    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()
</code>

=== Programm ausführen ===
<code bash>
chmod 775 led.py  # einmalig ausführbar machen!
./led.py          # Script ausführen!
</code>
Hierfür muss das Programm ausführbar gemacht werden (''chmod'') und man sich im Verzeichnis des auszuführenden Programms befinden.

===== Projekt: LED mit Python =====
  * [[project:python_led| Projekt: LED mit Python ]]