树莓派GPIO控制 —— C语言篇

一. 常用开源工程简介

树莓派内核中已经编译自带了gpio的驱动,我们常通过一些第三方写好的库函数来完成具体的操作,比较常见的操作库函数有:

  1. Python GPIO
    【开发语言】——python
    【简单介绍】——树莓派官方资料中推荐且容易上手。python GPIO是一个小型的python库,可以帮助用户完成raspberry相关IO口操作,但是python GPIO库还没有支持SPI. I2C或者1-wire等总线接口。
    【官方网站】—— https://code.google.com/p/raspberry-gpio-python/
  2. wiringPi
    【开发语言】——C语言
    【简单介绍】——wiringPi适合那些具有C语言基础,在接触树莓派之前已经接触过单片机或者嵌入式开发的人群。wiringPi的API函数和arduino非常相似,这也使得它广受欢迎。作者给出了大量的说明和示例代码,这些示例代码也包括UART设备,I2C设备和SPI设备等。
    【官方网站】—— http://wiringpi.com/
  3. BCM2835 C Library
    【开发语言】——C语言
    【简单介绍】BCM2835 C Library可以理解为使用C语言实现的相关底层驱动,BCM2835 C Library的驱动库包括GPIO. SPI和UART等,可以通过学习BCM2835 C Library熟悉BCM2835相关的寄存器操作。如果有机会开发树莓派上的linux驱动,或自主开发python或PHP扩展驱动,可以从BCM2835 C Library找到不少的“灵感”。
    【官方网站】—— http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/

    . 树莓派GPIO编号方式
  1. 功能物理引脚:
    从左到右,从上到下:左边基数,右边偶数:1-40
  2. BCM:
    编号侧重CPU寄存器,根据BCM2835的GPIO寄存器编号。
  3. wiringpi:
    编号侧重实现逻辑,把扩展GPIO端口从0开始编号,这种编号方便编程。正如图3 WiringPi一栏。

    三. WiringPi GPIO
  1. 说明:
    WiringPi是应用于树莓派平台的GPIO控制库函数,WiringPi遵守GUN Lv3。wiringPi使用C或者C++开发并且可以被其他语言包转,例如python. ruby或者PHP等。
    wiringPi包括一套gpio控制命令,使用gpio命令可以控制树莓派GPIO管脚。用户可以利用gpio命令通过shell脚本控制或查询GPIO管脚。
  2. wiringPi安装
     1)使用GIT工具
    git clone git://git.drogon.net/wiringPi
    cd wiringPi
    ./build
    build脚本会帮助你编译和安装wiringPi

     2)直接下载
    在https://git.drogon.net/?p=wiringPi;a=summary下载最新版本编译使用
    tar xfz wiringPi-xx.tar.gz
    cd wiringPi-xx
    ./build

     3)raspbian使用apt-get安装
    sudo apt-get install wiringpi
  3. 测试:
    wiringPi包括一套gpio命令,使用gpio命令可以控制树莓派上的各种接口,通过以下指令可以测试wiringPi是否安装成功。
    $gpio -v
    $gpio readall #即可出现下面的gpio图
  1. 样例代码:
#include <wiringPi.h>
int main(void)
{
 wiringPiSetup() ;
 pinMode (0, OUTPUT) ;
 for(;;)
 {
  digitalWrite(0, HIGH) ; delay (500) ;
  digitalWrite(0, LOW) ; delay (500) ;
 }
}
  1. 编译运行:
    在树莓派上:
    gcc -Wall -o test test.c -lwiringPi
    sudo ./test

在虚拟机中:
am-linux-gcc -Wall -o test test.c -lwiringPi
sudo ./test

注:
1)IO的编号方式略有不同,采用wiring编码方式。
2)-lwiringPi表示动态加载wiringPi共享库。

四. BCM2835 C Library
下载:
$ wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.35.tar.gz
解压缩:
$tar xvzf bcm2835-1.35.tar.gz
进入压缩之后的目录:
$cd bcm2835-1.35
配置编译:
./configuremake
执行检查:
$sudo make check
安装bcm2835库:
$sudo make install

样例代码

#include < bcm2835.h>
//P1插座第11脚
#define PIN RPI_GPIO_P1_11
int main(int argc, char **argv)
{
  if (!bcm2835_init())
   return 1;

 // 输出方式
 bcm2835_gpio_fsel(PIN, BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP);

 while (1)
 {
   bcm2835_gpio_write(PIN, HIGH);
  bcm2835_delay(100);

  bcm2835_gpio_write(PIN, LOW);
  bcm2835_delay(100);
 }
 bcm2835_close();
 return 0;
}

编译运行
gcc -o blink blink.c -lbcm2835
./blink

注:
1)IO的编号方式略有不同,采用BCM编码方式
2)-lbcm2835表示动态加载bcm2835共享库

参考链接:

http://elinux.org/RPi_Low-level_peripherals
http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/23115627

Windows装不上Wordcloud?看这里

如果你是一个写Python,且又喜欢做词云的朋友。

你应该遇到过Windows上跑不动你词云程序的情况,比如你可能在装Wordcloud时候会遇到如下情况:

虽然网上也有一些教程,但好像都不是很清晰。

有的教程,干脆让我们先去下载一个微软的Visual Studio……

其实,就差一个C++生成工具。

而这个工具包含在了Build tools这么个套件里面。

下载地址:

https://visualstudio.microsoft.com/zh-hans/thank-you-downloading-visual-studio/?sku=BuildTools&rel=16

打开以后不要慌,选中这个勾就行。

如果你的硬盘不富裕,就别全选了,继续往后边看。

我一般是选这几个。

然后,该程序会提醒你。要下载4.4GB左右的组件包。

管你要不要,反正它要下载。

好的一点是,它可以边下边安装,总算能节约一点时间。

下载完成后要重启生效。

然后,你的wordcloud就可以装上了。

下面写段代码测试一下:

from wordcloud import WordCloud

f = open('text.txt','r',encoding='utf8').read()
wordcloud = WordCloud(background_color="white",width=800, height=600, margin=2).generate(f)

# width,height,margin可以设置图片属性
wordcloud = WordCloud(font_path = r'simsun.ttf').generate(f)
# 你可以通过font_path参数来设置字体集
#background_color参数为设置背景颜色,默认颜色为黑色

import matplotlib.pyplot as plt
plt.imshow(wordcloud)
plt.axis("off")
plt.show()

wordcloud.to_file('test.png')

能生成词云了,只是不够好看,得再调整一下。

更多精彩内容,欢迎关注“IoT前哨站”的微博和公众号。我是王文文。

用Python实现经典游戏《小蜜蜂》

估计很多老玩家在小时候都玩过Galaxian(小蜜蜂)吧。这款射击游戏的鼻祖叫《太空侵略者》,上手简单,但可玩性很强。

高手用C语言精准复现的1978年《太空侵略者》版本

《太空侵略者》大火之后,新推出的Galaxian(小蜜蜂)于1979年成为其最大竞争对手。由Namco发行的Galaxian为外星敌人提供了新的色彩和不可预测的动作,后者不但会发射炮弹,还会自杀式俯冲攻击。

《Galaxian》在街机游戏中大受欢迎,以至于Namco在两年后又发布了续作《Galaga》——这款游戏使攻击模式更加复杂。

很难说《Galaxian》究竟有多少移植和克隆的版本,因为几乎每个家用游戏机上都有类似版本。

小霸王平台的《Galaxian》

玩家在《Galaxian》中的角色与《太空侵略者》类似,驾驶一艘飞船与一支外星舰队战斗。

与《太空侵略者》不同的是,在《Galaxian》中,外星人总会打破队形向玩家的飞船发起俯冲轰炸。

玩家需要摧毁所有敌人,然后进入下一关。随着玩家的推进,一波又一波的敌人将让过关变得更加困难。

我们这里将着眼于外星人的俯冲机制,用Pygame Zero开发《Galaxian》游戏的核心功能。

用Pygame Zero开发的版本

首先,《Galaxian》拥有一个纵向显示画面,所以我们将游戏区域的宽度和高度分别设置为600和800。

接下来,我们可以用位图创建一个滚动的星空背景。​将位图逐渐往屏幕下方移动,用第二颗恒星来填充第一颗恒星向下滚动时留下的空间,我们还可以在后面添加另一个静态背景图像,这将提供一些视野深度。

然后,我们将玩家的飞船设置为Actor。并在update()函数中捕获左右箭头键,以便在屏幕上左右移动飞船。我们也可以用空格键发射子弹,子弹会沿屏幕向上移动,直到击中外星人或离开屏幕顶部。

和原版《Galaxian》一样,你一次只能发射一颗炮弹,所以我们只需要一个Actor。

外星人排成一行,一起在屏幕上左右移动。在这个例子中,我们只画一种类型的外星人,共画两行。你可以添加额外的类型和任意多行。当我们创建alien Actors时,我们还可以添加一个状态标志,我们需要确定当它们打破队形时,它们在行的哪一边,两边朝相反的方向飞行。在这种情况下,每行左边有4个外星人,右边有4个。

一旦它们在列表中建立起来,我们就可以在每次更新时遍历列表,并向前或向后移动它们。

当我们在移动外星人时,我们也可以查看它们是否与炮弹或玩家飞船相撞。

如果与炮弹碰撞,那么外星人将使用状态标志连续播放爆炸的那几帧,当状态达到5时,它们将不再被绘制到界面上。

如果碰撞发生在玩家的飞船身上,那么玩家会死亡,游戏也就结束了。

我们也可以检查一个随机数,看看外星人是否开始轰炸。如果是,我们将状态设置为1,这将开始调用flyAlien()函数。这个函数会检查外星人的位置,并根据侧边的不同改变外星人的角度,然后根据角度更改x和y坐标。为了方便大家看明白,我们这里处理的比较简单,你也可以使用一些乘数变量将其折叠到x坐标和角度上,将其收窄。

相关代码:

https://github.com/IoToutpost/Python_game

要运行调试请先安装Pygame Zero。

现在大家应该初步掌握了Galaxian游戏的基础知识。你可以试着完善它了。

树莓派支持Visual Studio Code了

作为开发者来说,IDE是一个必不可少的工具。

不过大部分火力强劲的IDE都是跑在x86架构上的,除非某些大厂为了兼容自己的产品,否则鲜有支持其它架构的大众流行IDE。

没想到的是,最近树莓派官方支持VS Code了。

VS Code是一款免费的开源IDE,最初是为x86架构的Windows,macOS和Linux准备的。开箱即用,支持常规文本编辑和git源代码控制,本地或远程调试。扩展功能强大,可支持JS、Python、Golang等广泛的编程语言。

如果你的树莓派正在运行Raspberry Pi OS ,那现在只需要运行两条命令,VS Code就能在你的系统上跑起来了。

sudo apt update 
sudo apt install code -y

安装VS Code之后,你可以从Raspberry Pi菜单中的Programming目录里运行它。

顺便说一句,尽量用4GB内存或更高版本的树莓派哦。

用树莓派和Lobe-python做智能垃圾分类

国外一个名叫Jen Fox的创客分享了一个由Raspberry Pi驱动的垃圾分类设备,该设备能告诉我们,当前的垃圾是可回收的,可堆肥的,还是有害的。

这个项目对初学者很友好,因为你不需要任何代码来训练机器学习模型,只需要稍微花点时间就可以将其加载到Raspberry Pi上。

这也是一个相当经济的装置,包括Raspberry Pi 4在内,价格不到70美元。

硬件:

Raspberry Pi 4B
树莓派摄像头模块
Adafruit 按钮
Adafruit LED

软件:

免编码的机器学习模型是用Lobe创建的,这是一个免费的桌面应用程序,可根据显示的对象自动训练图像分类器。

图像分类器认出了瓶盖

训练图像分类器:

基本上,你要上传一大堆的图片,然后告诉Lobe(分类程序)每一张图片显示的是什么对象。

比如哪些图片是可堆肥垃圾,哪些是可回收利用的物品,哪些是对生物有害的垃圾。当然,正如Jen所说,“你拥有的图片越多,模型识别起来越准确。”

接好摄像头模块的树莓派4B

你只需要编写少量代码就可以将图像分类器加载到树莓派上。Raspberry Pi摄像头充当图像分类器的“眼睛”,因此树莓派可以认出你要区分的垃圾种类。

将按钮和LED连接到Raspberry Pi的GPIO引脚,让它们与摄像头一起工作,并根据图像分类器识别“看到”的内容,点亮相应的LED。

将按钮和LED连接到GPIO引脚的示意图

当然,你要先找个盒子,最好可以安在墙上。

然后在纸板箱上钻一个方形的孔,以确保摄像头可以“看到”垃圾。

再钻几个孔,以便用户能看到LED灯,并可以接触按钮。

记得为Raspberry Pi的电源留出空间,以便接线。

Jen把盒子装在墙上,开始识别一个塑料袋

该项目源码地址:

https://github.com/IoToutpost/TrashClassifier

来自:Raspberrypi.org

编译:王文文

Mini Raspberry Pi ——受波士顿动力启发的四足机器人

波士顿动力的机器狗,每次升级都会让大家眼前一亮。

波士顿动力-机器狗

但大家能不能用开源软件DIY一只呢?

一个外国朋友就在Raspberry Pi 3B的基础上开发了“Spot Micro”四足机器人。

树莓派开发的机器狗

通过构建此项目,redditor/thetrueonion(又名Mike)用C++和Python自学机器人软件开发,让机器人行走并掌握速度和方向控制。

Mike受到了Spot的启发,而Spot是波士顿动力公司为工业开发的机器人之一,可以执行远程操作和自主感应。

它如何行走?

迷你“Spot Micro”机器人通过键盘调整三轴角度命令/身体姿势控制模式,可以实现“步行状态”或“小跑状态”。

前者是一种四阶段步态,一次有两条腿对称运动(就像小跑)。

后者是八阶段步态,一次腿部摆动,并且在两者之间进行身体移动以保持平衡(就像人类走路一样)。

在此广泛的演练中,Mike分解了如何使机器人行走,并按顺序将舵机连接到PCA9685控制板。

操作系统和框架

Ubuntu 16.04 + ROS

用到那些零件?


1、树莓派3B
2、舵机控制板:PCA9685,通过I2C控制
3、舵机:12×PDI-HV5523MG
4、液晶面板:16×2 I2C液晶面板
5、电池:2s 4000 mAh锂电池,直接连接至电源伺服器
6、UBEC:HKU5 5V/5A ubec,作为5V稳压器为Raspberry Pi,LCD面板,PCA9685控制板供电
7、“Spot Micro”的Thingiverse 3D打印文件

代码地址:

https://github.com/mike4192/spotMicro

老游戏新写之Jetpac重返地球

主人公流落外星球,遇到一群不讲道理的外星人。想跑路,载具又摔得七零八落。

任务:​顶着外星人的进攻,把宇宙飞船的零件都找回来组装好,然后为其添加燃料。最后安全逃离,重返地球。

这是由Chris和Tim Stamper兄弟于1983年创建的8位机游戏Jetpac里的剧情,也是其工作室Ultimate Play the Game出品的首批热门游戏之一。

8位ZX Spectrum电脑上的Jetpac

而当一个宇航员和Ultimate Play the Game的徽标在屏幕上出现时,你知道之前的等待是值得的(八十年代能有这么个游戏玩已经很激动)。

游戏的角色是不幸的宇航员杰特曼,他必须收集四处散落的零件,制造火箭并为其添加燃料,同时还要与成群的致命外星人战斗。

本文提供的代码片段包含收集火箭零件和燃料,以便杰特曼搭载火箭起飞的技巧。

我们可以对所有屏幕元素和Actor碰撞例程使用内置的Pygame Zero Actor对象,以便处理重力并拾取物品。

首先,我们需要初始化Actor。

我们需要游戏中的主人公杰特曼,地面,火箭的三个零件,还有火箭发动机所需的一些燃料。

每个Actor的行为方式将由一组列表决定。我们有一个重力对象列表,每帧绘制的对象,平台列表,碰撞对象列表以及可以拾取的对象列表。

杰特曼跳进火箭,回家了。欢呼!

我们的draw()函数很简单,因为它循环遍历绘制列表中的项目列表,然后再绘制几个条件元素。

update()功能是所有动作发生的地方:我们检查键盘输入来移动杰特曼,将重力应用于重力列表上的所有项目,检查与平台列表的碰撞,如果杰特曼触摸它,则拾取这个项目(对象),应用对杰特曼的任何推力,并移动杰特曼持有的任何物品随他一起移动。

完成所有操作后,我们可以检查添加的燃料量是否已达到火箭可升空的程度。

如果查看辅助函数checkCollisions()checkTouching(),你会发现它们使用了不同的碰撞检测方法,第一种方法是检查与指定点的碰撞,以便我们可以检测到与actor顶部或底部的碰撞以及触摸冲突是矩形或边界框的冲突,因此如果两个Actor的边界框相交,则会记录一个冲突。

另一个辅助函数applyGravity()使重力列表中的所有元素向下移动,直到Actor的底部撞到碰撞列表上的某物为止。

目前的程序主要就是组装一枚火箭,加满燃料,然后升空。你后续要添加的是一群讨厌的外星人,以及一种用激光枪摧毁它们的方法。

以上就是Mark的Jetpac代码,你可以在这里下载。

https://github.com/IoToutpost/Python_game/

Have fun.

八年无人干预的蜂巢健康监测系统

用技术更好的感知世界,一直是大家追求的目标。

大学毕业后,Glyn Hudson一直忙着创业,成立了一家名叫OpenEnergyMonitor的能源监测公司。

在威尔士的斯诺登尼亚,他接触到几个蜂箱,每年可生产12至15公斤蜂蜜。

作为变温动物,蜜蜂的体温会随着气温而变化。因此,温度是影响蜜蜂生活的重要因素之一。

怎样才能时刻获知蜜蜂当前的生活环境是否适宜?蜂箱里会不会太潮?温度会不会太热?

Glyn打算通过获悉蜂箱内外的温度和湿度,构建一个监测蜂群健康的系统 —— BeeMonitor。

格林(Glyn)在检查BeeMonitor装置
既要监测蜂巢内部的温湿度,也要监测核心温度、周边温湿度、蜂巢外部的温湿度,然后进行比较。
电子组件连接示意图

Glyn解释说:“蜜蜂需要获得更好的帮助和关爱,如果没有它们给植物授粉,我们将很难种庄稼。

为了保持健康的育雏温度,我们要让蜂巢保持33.5-34.5度,而这一温度也是菌落健康的关键指标。”

没有Wi-Fi怎么办

BeeMonitor这套系统在2012年就开始跟踪蜂群的状态,也是Raspberry Pi最早的成功案例子之一。

Glyn自己为BeeMonitor做了大部分工作,而之前为OpenEnergyMonitor项目开发的软件提供了可以在线查看数据记录和图表的平台。

穿着防护服的观众参观 BeeMonitor 蜂箱

蜂箱距离房屋太远,无法通过Wi-Fi传输。因此Glyn装了一个低功耗的RF发射器,该发射器连到蜂巢内部的Arduino,以便进行读数。然后再由远端的Raspberry Pi和另外一个Arduino接收。

该装置的远端部分包括了Arduino,RF接收器,USB电缆和树莓派

这些数据被保存到SD卡,明显的缺点是它不显示实时数据读数。在最初的设定中,Glyn还必须亲自提取和分析CSV数据。

他说:“这非常耗时,但确实产生了一些有趣的数据。”

传感器的取舍

BeeMonitor成功运转后,Glyn意识到数据在Internet上实时传输会更好。这样一来,他就可以从任何地方查看实时的蜂箱数据,还可以让其他人参与其中。

最初,蜂箱内部有一个DS18B20温度传感器和一个DHT22湿度传感器。但Glyn后来决定放弃DHT22湿度传感器。

相关设置方式:

https://learn.openenergymonitor.org/electricity-monitoring/temperature/DS18B20-temperature-sensing

“它消耗了很多电量,而蜜蜂还不喜欢它,一直在用蜂蜡覆盖湿度传感器!奇怪的是,蜜蜂似乎并不介意DS218B20温度传感器,大概是因为与DHT22的塑料格栅相比,温度传感器是圆形的金属物体,” Glyn指出。

与湿度传感器不同,蜜蜂似乎不在乎温度传感器的探头

该系统由一个旧的汽车电池和一个小的太阳能电池板供电,运营成本可以忽略不计。

目前已稳定运行八年,几乎不用人工干预。

“Raspberry Pi非常适合在低功耗状态下可靠地运行此类项目。”Glyn说。

他之所以选择树莓派,是因为硬件背后繁荣的社区。以及有竞争力的价格 —— 整个装置花了他大约50英镑。

相关代码地址:

https://github.com/glynhudson/BeeMonV2

Glyn告诉我们,(如果不考虑联网)仅用树莓派,DS28B20温度传感器,电池组和太阳能电池板结合,就足以打造一个基本的蜂巢监测器。

来源:Raspberrypi.org

编译:王文文

树莓派音乐盒,让你像DJ一样玩音乐

用按钮来控制LED灯,是树莓派比较经典的一种应用。

那用按钮来控制音乐呢?

我们这次的任务是做个树莓派音乐盒,以便你能像DJ一样,通过它不停的切换和调整音乐。

硬件需求:

  • 树莓派1个
  • 面包板1个
  • 接触式开关4个
  • 公对母跳线5根
  • 母对母跳线4根
  • 扬声器或耳机1个

软件需求:

Raspbian 最新版

制作过程:

先找到你想播放的音频文件,如果你自己没有什么准备,可以在Raspbian系统的/usr/share/sonic-pi/samples目录中找一些示例音乐。

不过你要用Python播放声音的话,得将里面的.flac文件转换为.wav文件。

批量转换命令:

for f in *.flac; do ffmpeg -i "$f" "${f%.flac}.wav"; done

如果没出错,你现在应该得到大量的wav文件了。

挑出四个备用,对应4个按钮。将其保存在gpio-music-box目录中

drum_tom_mid_hard.wav
drum_cymbal_hard.wav
drum_snare_hard.wav
drum_cowbell.wav

电路最基本的接法:

当然,用面包板会让你更方便。

示例程序中有四个按钮,所以我们要分别接入GPIO4、10、17、27四个口。

接下来开始撸代码。

import pygame
from gpiozero import Button

pygame.init()

drum = pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_tom_mid_hard.wav")
cymbal = pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_cymbal_hard.wav")
snare = pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_snare_hard.wav")
bell = pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_cowbell.wav")

btn_drum = Button(4)
btn_cymbal = Button(17)
btn_snare= Button(27)
btn_bell = Button(10)

btn_drum.when_pressed = drum.play
btn_cymbal.when_pressed = cymbal.play
btn_snare.when_pressed = snare.play
btn_bell.when_pressed = bell.play

以上的代码应该能正常工作,但不够简洁优雅,我们用Python的字典功能来优化一下。

创建一个字典。

button_sounds = {Button(4): pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_tom_mid_hard.wav"),
                 Button(17): pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_cymbal_hard.wav"),
                 Button(27): pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_snare_hard.wav"),
                 Button(10): pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_cowbell.wav")}

然后用Button作为键,Sound作为值。

优化后的代码:

import pygame
from gpiozero import Button

pygame.init()

button_sounds = {Button(4): pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_tom_mid_hard.wav"),
                 Button(17): pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_cymbal_hard.wav"),
                 Button(27): pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_snare_hard.wav"),
                 Button(10): pygame.mixer.Sound("/home/pi/gpio-music-box/samples/drum_cowbell.wav")}

for button, sound in button_sounds.items():
    button.when_pressed = sound.play

是不是简洁多了?

好了,拿去玩吧。

视频讲解地址:

https://v.qq.com/x/page/x0967xsxe7j.html

线索:Raspberrypi.org

编译:王文文