Gestionar el GPIO con Python

1. Conectar el LED al GPIO

Siguiendo el esquema de arriba:

2. Gestión del LED con Python

>>>import gpiozero 

>>>rojo = gpiozero.LED(23) 

1. Ejecutar directamente el script

#!/usr/bin/python3 

-rw-r--r-- 1 pi pi  116 mar   26 10:04 LED_03.py 

1. Conectar el botón pulsador al GPIO

Los contactos del botón pulsador están conectados a los pines 18 (GPIO 24) y 20 (masa).

Con respecto al cableado recomendado en el capítulo Material usado, fíjese que no hay ninguna resistencia en el circuito del botón pulsador.

Esto se explica porque gpiozero activa una resistencia pull-up interna en el SoC (R1) que conecta el GPIO 24 con +3,3 V.

Cuando se suelta el botón pulsador, el pin 24 está en 1 (3,3 V). Cuando se pulsa el botón pulsador, el pin 24 se conecta a la masa (0 V). Respecto al esquema del capítulo anterior, el peligro es que si el pin 24 está programado como salida, podría ser destruido en caso de pulsar el botón pulsador cuando la salida está a 1 (3,3 V).

Si las manipulaciones las hacen principiantes sin experiencia, puede ser tranquilizador prever una resistencia R2 del orden de 1 kΩ (no crítica) para proteger el GPIO 24 en caso de error.

El cableado tomará esta forma. No se modificará el funcionamiento, pero la tarjeta estará protegida.

2. Leer la posición del botón pulsador

1  from gpiozero import Button 
2 
3  posicion = Button(24) 
4 
5  while True: 
6      if posicion.is_pressed: 
7          print("Se pulsa el botón") 
8      else: 
9          print("Se suelta el botón") 

1. Método "clásico"

La etapa siguiente consiste en encender un LED cuando el usuario pulsa el botón pulsador. Con las instrucciones que se han visto anteriormente, será sencillo realizar esta función. Esta es la manera " clásica" de realizar el script con gpiozero.

1  from gpiozero import LED, Button 
2  from signal import pause 
3 
4  rojo = LED(23) 
5  boton = Button(24) 
6 
7  print ("Pulse El botón para encender el LED") 
8  boton.when_pressed = rojo.on 
9  boton.when_released = rojo.off 
10 
11 pause() 

Después de haber importado las bibliotecas necesarias para el proyecto (líneas 1 y 2), informamos a gpiozero de que un LED está conectado en el GPIO 23 y un botón pulsador en el GPIO 24.

El script informa al usuario de la acción que se va a realizar (línea 7).

La acción en el botón pulsador provoca la ejecución de rojo.on o rojo.off, según el botón que haya sido pulsado o soltado (líneas 8 y 9).

La línea 11 pause() mantiene el script activo.

Cuando se pulsa...

1. Especificaciones

El funcionamiento es idéntico al del semáforo real de tres colores. La secuencia de alumbrado es:

2. Cableado del semáforo de tres colores

Siguiendo el esquema de arriba:

3. Script del semáforo de tres colores

Antes de continuar, piense en la creación del script que le permitirá animar el semáforo, partiendo de las instrucciones utilizadas previamente. Escriba y compruebe su script. El script siguiente: SEM_01.py propone una manera de realizar un semáforo de tres colores.

1  from gpiozero import TrafficLights 
2  from time import sleep 
3  from signal import pause 
4 
5  semaforo = TrafficLights(16, 20, 21) 
6  # En el orden GPIO de los LED rojo, naranja, verde 
7  # En inglés red, amber, green 
8 
9  while True: 
10     semaforo.red.on() 
11     sleep(5) 
12     semaforo.red.off() 
13     semaforo.green.on() 
14     sleep(5) 
15     semaforo.green.off() ...

1. Parpadeo

1  from gpiozero import LED 
2  from signal import pause 
3  led = LED(23) 
4 
5  led.blink() 
6  pause() 
7  pause() 

1. Especificaciones

Hacer variar la luminosidad de un LED gracias a dos botones pulsadores. Uno de los botones hace aumentar la luminosidad y el otro la hace disminuir.

Cuando la luminosidad es igual al 0% o al 100%, ya no varía más.

El valor de la luminosidad se muestra en la pantalla.

2. Cableado del variador de luminosidad

El LED está conectado al GPIO 23 (pin 16) y los botones pulsadores a los GPIO 24 y 25 (respectivamente pin 18 y 22).

3. Análisis del desarrollo del script

Cuando un proyecto es más complejo, a menudo es útil plasmar las ideas en papel antes de lanzarse a la escritura del script. Esto permite imaginar el desarrollo del script, optimizarlo y ayudar a la comprensión de los posibles fallos.

El organigrama de programación, también llamado diagrama de flujo u ordinograma, es una de las posibilidades gráficas para analizar un problema. Contiene una serie de formas estándar. Para obtener más información visite: https://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_de_flujo

El organigrama de arriba utiliza un conjunto reducido y simplificado de símbolos, lo que es suficiente para describir la tarea que se va a realizar. Los rectángulos simbolizan las acciones y los rombos simbolizan las elecciones en las que se puede responder SÍ...

1. Especificaciones

Cuando se lanza el programa, el LED se enciende y después se apaga después de un tiempo aleatorio, comprendido entre 1 y 5 segundos.

Cuando el LED se apaga, los dos jugadores pulsan cada uno su botón pulsador. El script determina cuál de los dos jugadores ha pulsado primero y muestra el vencedor en pantalla.

2. Cableado del juego de reflejos

El cableado comprende un LED y dos botones pulsadores. Es idéntico al montaje usado para hacer variar la luminosidad del LED.

3. Escritura del script

# Importar las bibliotecas usadas por el script 
from gpiozero import LED, Button 
from time import sleep 
# uniform ofrece un número aleatorio redondeado entre 2 valores 
# los límites del intervalo están incluidos 
from random import uniform 
from signal import pause 
 
# Declarar el LED y los 2 botones 
led = LED(23) 
boton_B1 = Button(24) 
boton_B2 = Button(25) 
 
# Encender el LED durante un tiempo aleatorio entre...

1. Pines del LED RGB

Los LED RGB tienen patas de longitudes diferentes, lo que permite identificarlos. La pata más larga es la pata común. Para este proyecto, el LED RGB elegido es un modelo de cátodo común.

2. Cableado del LED RGB

Siguiendo el esquema de arriba:

3. Script Python para comprobar el LED RGB

# Importación de las bibliotecas 
from gpiozero import RGBLED 
from time import sleep 
 
# Declaración de los GPIO que controlan los LED 
# En el orden: rojo - verde - azul 
led = RGBLED(16, 20, 21) 
 
# Encender el LED azul 
led.color = (0,0,1) 
#Esperar 0.5 segundos 
sleep(0.5) 
# Encender el LED verde 
led.color = (0,1,0) 
sleep(0.5) 
# Encender el LED rojo 
led.color = (1,0,0) 
sleep(0.5) 
# Encender los LED azul + verde = cian 
led.color = (0,1,1) 
sleep(0.5) 
# Encender los LED rojo + verde = amarillo ...

1. Biblioteca WS2812

La biblioteca gpiozero no gestiona los LED RGB de tipo WS2812. Se ha propuesto la integración de este componente en la biblioteca, pero todavía no ha sido implementado. La biblioteca está disponible en pypi y se instala de manera sencilla (https://pypi.org/project/rpi-ws281x/).

Por lo tanto, hay que usar una biblioteca adicional para gestionar los LED WS2812.

L    sudo pip3 install rpi_ws281x 

2. Conexión de los LED RGB

3. Comprobación de los LED WS2812

wget https://github.com/rpi-ws281x/rpi-ws281x-python/blob/master/examples/strandtest.py 

El programa también se encuentra disponible en los archivos descargados como complemento del libro (Cap11\strandtest.py). Para comprobar los LED, el script va a tener que acceder al hardware. Hay que ejecutar el script con los derechos de superusuario.

1. Instalación de la biblioteca

La gestión en Python de la matriz con el circuito 7219 y el bus SPI es más fácil gracias a la biblioteca LUMA.

Su instalación pasa por pip3, que es el sistema de gestión de paquetes utilizado para instalar y gestionar librerías escritas en Python. Es el equivalente de apt-get para el sistema. Las librerías encuentran en PyPi (Python Package Index).

cd 

sudo usermod -a -G spi,gpio pi 

sudo apt-get install build-essential python3-dev python3-pip libfreetype6-dev  
libjpeg-dev 

sudo pip3 install --upgrade --force-reinstall  pip setuptools 

sudo pip3 install --upgrade luma.led_matrix...

1. Especificaciones

Mostrar un texto que pasa por un bloque de 3 matrices LED de 8x8 utilizando la biblioteca LUMA. Vuelva al retomar el programa de demostración matrix_demo.py proporcionado con la biblioteca LUMA para extraer la parte interesante para este proyecto. Esta parte se sitúa al principio de la función demo.

2. Cableado de la pantalla luminosa

El cableado es idéntico al que ya se ha visto en la sección anterior Gestión de una matriz de LED.

3. Script de la pantalla luminosa

#!/usr/bin/env python3 
# -*- coding: utf-8 -*- 
 
# Importación de las bibliotecas utilizadas para el script 
import time 
# Gestión del circuito 7219 
from luma.led_matrix.device import max7219 
# Gestión del bus SPI 
from luma.core.interface.serial import spi, noop 
# Visualización de los mensajes 
from luma.core.legacy import show_message 
# Fuentes usadas por el script 
from luma.core.legacy.font import proportional, CP437_FONT 
 
# Función de gestión de las matrices 
# Recibe como parámetros el número...

1. Cableado

El servomotor necesita una alimentación de 5 V. Estará conectado en el pin 5 V del conector (pin 2).

El hilo de control está conectado al pin 40 del conector (GPIO 21).

2. Script de control del servomotor

# Programa de pruebas del servomotor SG90 
# Posiciona el servomotor en 3 posiciones fijas 
 
# Importación de las bibliotecas utilizadas por el script 
 
from gpiozero import Servo 
from time import sleep 
 
# Conecte el servomotor al GPIO21 
servo = Servo(21) 
 
# Bucle infinito del programa 
while True: 
   # Posicionar el servo...

1. Especificaciones

El objetivo es mostrar el sentido de giro del encoder incremental en la pantalla. Después, se podrá usar esta información para controlar el volumen de salida de un amplificador, la luminosidad o el color de un LED o de una cinta de LED…

2. Conexiones con el GPIO

El encoder rotativo está conectado a +3,3 V y a la masa, y los dos hilos S1 y S2 están conectados con los GPIO 24 y 25. El pin no conectado en el encoder corresponde al botón pulsador que se acciona pulsando verticalmente en el eje del encoder. No lo usamos aquí.

3. Programa

#!/usr/bin/python3  
# Uso de un codificador rotativo incremental  
  
# Importación las bibliotecas utilizadas para el script  
from gpiozero import Button  
from signal import pause  
from time import sleep  
  
# Declarar las entradas del codificador como las de los botones  
S2 = Button(24)  
S1 = Button(25)  
  
def S1_pressed():  
   print ('S1 pulsado')  
   sleep(0.15)  
  
def S2_pressed():  
   print ('S2 pulsado')  
   sleep(0.15)  
  
# Espera de eventos durante la rotación del botón  ...

1. Especificaciones

Un LED RGB emite una luz de color. Los 8 colores básicos (negro, blanco, rojo, verde, azul, amarillo, magenta y cian) se muestran sucesivamente gracias a la rotación de un encoder rotativo. El desfile de los colores depende del sentido de giro del encoder.

2. Cableado

El cableado del encoder incremental rotativo es idéntico al de la sección anterior. El LED RGB está conectado como en la sección Cableado del LED RGB y el encoder incremental reemplaza al botón pulsador de este esquema.

3. Script de desfile de colores

#!/usr/bin/env python3 
# -*- coding: utf-8 -*- 
 
# Importación de las bibliotecas utilizadas para el script 
from gpiozero import RGBLED, Button 
from colorzero import Color 
from time import sleep 
from signal import pause 
 
# Esta Biblioteca permite la creación de una fila de espera para ordenar 
los eventos 
# La fila utilizada aquí es de tipo FIFO = First In First Out = primero en entrar, 
primero en salir 
import queue 
 
# Crear la fila de espera FIFO 
eventq = queue.Queue() 
 
# Declarar las entradas del codificador como de los botones 
pin_S2 = Button(24) 
pin_S1 = Button(25) 
 
# Declaración del LED RGB 
led = RGBLED(16...

1. Elección de la tarjeta

Existen numerosas soluciones y hay que elegir la tarjeta que sea más apropiada en función del proyecto.

Para la estación meteorológica, existe una tarjeta basada en el convertidor Analógico/Digital MCP3008 diseñada por Alex Eames para RasPiO. Permite convertir 8 valores analógicos y da acceso a los puertos GPIO que son llevados a encapsulados de la tarjeta. La tarjeta viene en un kit que contiene el circuito impreso y el conjunto de los componentes.

La tarjeta se conecta a los puertos GPIO de la Raspberry Pi 4 (conector en la parte superior de la foto de arriba). Debajo de ese conector, una fila de encapsulados identificados por serigrafía da acceso a cada puerto del GPIO. Se encuentra después U6, el convertidor analógico/digital (CAN o ADC). Las ocho entradas analógicas de A0 a A7 recibirán las tensiones para medir (de 0 a 3,3 V máximo). En la parte de la derecha, una serie de encapsulados ofrece la posibilidad...