Работа с GPIO Raspberry Pi на Python: пошаговое руководство

Что такое GPIO и как это работает?

Рис. 1: GPIO-контакты

GPIO (General Purpose Input/Output) — универсальный интерфейс ввода-вывода, базовая характеристика всех одноплатных компьютеров Raspberry Pi. Через эти контакты подключаются внешние электронные компоненты: ИК-передатчики, двигатели, датчики, кнопки и др. Контакты работают как входы (приём данных) и выходы (управление нагрузками).

Для корректной работы нужно правильно настроить «железо» и программное обеспечение для вашей модели Pi.

Распиновка GPIO Raspberry Pi

Рис. 2: Микроконтроллер Raspberry Pi

У Raspberry Pi B+, Zero и других моделей с 40-пиновым разъёмом — 40 контактов GPIO. Ранние модели (например, Model B) имели 26 пинов. У каждого из 40 контактов своя функция, поэтому при начальной настройке критически важно понимать назначение каждого.

Подробное описание режимов пинов:

Программирование GPIO на Python

Рис. 3: Концепция программирования на Python

Рассмотрим управление аппаратными компонентами через GPIO с помощью Python.

Подготовка оборудования

Рекомендуется использовать набор для прототипирования Pi Wedge. В его отсутствие подойдут перемычки «папа-мама» для соединения с беспаяной макетной платой.

Необходимые компоненты:

• Макетная плата и шины питания
• Перемычки «папа-папа» и «папа-мама»
• Подтягивающие резисторы (внутренние pull-up и pull-down)
• Резистор 330 Ом
• PIR-датчик или светодиод

Библиотека GPIO Zero

Для управления GPIO на Python используется библиотека GPIO Zero. Большинство компонентов Pi уже определены в ней, нет нужды искать примеры в директории Python-Projects.

Настройка Python (RPi.GPIO)

Рис. 4: Концепция языка Python

В Raspbian OS библиотека RPi.GPIO уже установлена. На других системах её нужно установить командами. После установки Raspbian импортируйте библиотеку через import gpiozero — импорт занимает секунды.

Примечание: ОС не обязательно должна быть Raspbian для работы с Python. Raspbian просто даёт самый простой путь настройки.

Настройка Python

Основной модуль — RPi.GPIO. С API RPi.GPIO скачивать файлы не нужно.

Шаги настройки

Выполните инструкцию:

Выберите систему нумерации пинов:

• BCM — нумерация по каналам чипа Broadcom
• BOARD — физическая нумерация разъёма

Установите режим пинов командой:

Проекты на GPIO Raspberry Pi

Рис. 5: Raspberry Pi

Зная аппаратную и программную настройку, с помощью утилиты raspi-config можно реализовать множество проектов:

• ИК-датчики движения / детекторы событий
• Сигнализация на базе датчика движения
• Проекты с Raspberry Pi Imager

Заключение

GPIO-разъём делает Raspberry Pi мощным инструментом физического вычисления. Для дополнительных вопросов обращайтесь к нам в любое время.