Använda GPIO för binära indata

Allmänna I/O-stift (GPIO) kan konfigureras för att ta emot elektriska signaler som indata. På den mest grundläggande nivån är detta användbart för scenarier som identifierar öppnande/stängning av en krets. Sådana kretsar kan innehålla tryckknappar, växlingsväxlar, vassbrytare, tryckbrytare och andra enheter som representerar binära (på/av)-värden genom att slutföra en krets.

I den här självstudien använder du .NET och Raspberry Pi:s GPIO-stift för att identifiera öppnandet och stängningen av en krets.

Förutsättningar

• ARM-baserad (ARMv7 eller senare) enkelkortsdator (SBC)
• Bygeltrådar
• Brödskiva (valfritt)
• Raspberry Pi GPIO breakout board (valfritt)
• .NET SDK 10 eller senare

Kontrollera att SSH är aktiverat på enheten. För Raspberry Pi , se Konfigurera en SSH-server i Raspberry Pi-dokumentationen.

Förbereda maskinvaran

Använd maskinvarukomponenterna för att skapa kretsen enligt följande diagram:

Bilden ovan visar en direkt anslutning mellan en markstift och stift 21.

Se följande pinout-diagram efter behov:

Bild med tillstånd Raspberry Pi Foundation.

Skapa appen

Slutför följande steg i den utvecklingsmiljö du föredrar:

1. Skapa en ny .NET-konsolapp med antingen .NET CLI eller Visual Studio. Ge den namnet InputTutorial.

   dotnet new console -o InputTutorial
   cd InputTutorial
   

2. Lägg till paketet System.Device.Gpio i projektet. Använd antingen .NET CLI från projektkatalogen eller Visual Studio.

   dotnet package add System.Device.Gpio --version 4.0.1
   

3. Ersätt innehållet i Program.cs med följande kod:

   using System.Device.Gpio;
   using System.Threading.Tasks;
   
   const int Pin = 21;
   const string Alert = "ALERT 🚨";
   const string Ready = "READY ✅";
   
   using var controller = new GpioController();
   controller.OpenPin(Pin, PinMode.InputPullUp);
   
   Console.WriteLine(
       $"Initial status ({DateTime.Now}): {(controller.Read(Pin) == PinValue.High ? Alert : Ready)}");
   
   controller.RegisterCallbackForPinValueChangedEvent(
       Pin,
       PinEventTypes.Falling | PinEventTypes.Rising,
       OnPinEvent);
   
   await Task.Delay(Timeout.Infinite);
   
   static void OnPinEvent(object sender, PinValueChangedEventArgs args)
   {     
       Console.WriteLine(
           $"({DateTime.Now}) {(args.ChangeType is PinEventTypes.Rising ? Alert : Ready)}");
   }
   

   I koden ovan:

   • En användningsdeklaration skapar en instans av GpioController. Deklarationen using säkerställer att objektet tas bort och att maskinvaruresurser släpps korrekt.
     • GpioController instansieras utan parametrar, vilket indikerar att den ska identifiera vilken maskinvaruplattform den körs på och använda det logiska pin-numreringsschemat.
   • GPIO-stift 21 öppnas med PinMode.InputPullUp.
     • Då öppnas stiftet med ett PullUp-motstånd aktiverat. När stiftet är anslutet till jord i det här läget returneras PinValue.Low. När stiftet är frånkopplat från jorden och kretsen är öppen returnerar stiftet PinValue.High.
   • Den inledande statusen skrivs till en konsol med ett ternäruttryck. Pin-kodens aktuella tillstånd läse med Read(). Om det är PinValue.Highskriver den strängen Alert till konsolen. Annars skriver den strängen Ready.
   • RegisterCallbackForPinValueChangedEvent() registrerar en återanropsfunktion för både PinEventTypes.Rising- och PinEventTypes.Falling-händelserna på pinnen. Dessa händelser motsvarar pin-tillstånd för PinValue.High respektive PinValue.Low.
   • Återanropsfunktionen pekar på en metod som heter OnPinEvent(). OnPinEvent() använder ett annat ternary-uttryck som också skriver motsvarande Alert eller Ready strängar.
   • Huvudtråden sover tillsvidare i väntan på pinhändelser.

4. Skapa appen. Om du använder .NET CLI kör du dotnet build. Om du vill skapa i Visual Studio trycker du på Ctrl+Shift+B.

5. Distribuera appen till SBC som en fristående app. Anvisningar finns i Distribuera .NET appar till Raspberry Pi. Se till att ge den körbara filen exekveringsbehörighet med hjälp av chmod +x.

6. Kör appen på Raspberry Pi genom att växla till mappen för distribution och köra den körbara filen.

   ./InputTutorial
   

   Konsolen visar text som liknar följande:

   Initial status (05/10/2022 15:59:25): READY ✅
   

7. Koppla bort stift 21 från marken. Konsolen visar text som liknar följande:

   (05/10/2022 15:59:59) ALERT 🚨
   

8. Återanslut pinne 21 och jord. Konsolen visar text som liknar följande:

   (05/10/2022 16:00:25) READY ✅
   

9. Avsluta programmet genom att trycka på Ctrl+C.

Grattis! Du har använt GPIO för att identifiera indata med hjälp av System.Device.Gpio NuGet-paketet! Det finns många användningsområden för den här typen av indata. Det här exemplet kan användas med valfritt scenario där en växel ansluter eller bryter en krets. Här är ett exempel som använder det med en magnetbrytare, som ofta används för att upptäcka öppna dörrar eller fönster.

Lasersnubbeltråd

Om vi utökar det tidigare exempelkonceptet lite längre kan vi ta en titt på hur detta kan användas för att skapa en laser tripwire. Att skapa en laser tripwire kräver följande ytterligare komponenter:

• KY-008 lasersändare modul
• Sensormodul för lasermottagare (se anmärkning nedan)
• 2 10 kΩ motstånd

Ansluta laser tripwire-maskinvara

Anslut komponenterna enligt beskrivningen i följande diagram.

Var uppmärksam på 10K Ω motstånd. Dessa implementerar en spänningsavdelare. Detta beror på att lasermottagaremodulen matar ut 5V för att indikera att strålen är trasig. Raspberry Pi stöder endast upp till 3,3 V för GPIO-indata. Eftersom sändning av hela 5V till stiftet kan skada Raspberry Pi, överförs strömmen från mottagarmodulen genom en spänningsavdelare för att halvera spänningen till 2,5V.

Tillämpa källkodsuppdateringar

Du kan nästan använda samma kod som tidigare, med ett undantag. I de andra exemplen använde vi PinMode.InputPullUp så att när stiftet kopplas från jord och kretsen är öppen, returnerar stiftet PinValue.High.

Men när det gäller modulen lasermottagare identifierar vi inte en öppen krets. I stället vill vi att stiftet ska fungera som en mottagare för ström som kommer från lasermottagaremodulen. I det här fallet öppnar vi pin-koden med PinMode.InputPullDown. På så sätt returnerar PinValue.Low stiftet när det inte får någon ström, och PinValue.High när det tar emot ström från laseremottagarmodulen.

controller.OpenPin(pin, PinMode.InputPullDown);

Hämta källkoden

Källan för den här handledningen är tillgänglig på GitHub.

Nästa steg