Control de actuador y sensor Raspberry Pi

Normalmente, como programador, trabajará con datos en disco y, si tiene suerte, hará dibujos en la pantalla. Esto contrasta con la informática física, que le permite a usted, como programador, trabajar con datos detectados en el mundo real y controlar dispositivos que se mueven en el mundo real.

Objetivo

Utilice una Raspberry Pi para leer el valor del acelerómetro y controlar un servomotor.

Definiciones

• Raspberry Pi
  • Computadora Linux pequeña de $ 35 con 2 puertos USB, salida HDMI, Ethernet y lo más importante ...
• Pines GPIO
  • Pines de entrada / salida de uso general
  • Este es el componente que realmente permite la "computación física". Usted, como programador, puede establecer el voltaje alto o bajo en cada pin, que es la forma en que hablará con los actuadores. También puede leer cuál es el voltaje actualmente en cada pin. Así es como los sensores te responderán. Es importante tener en cuenta que cada pin representa un estado binario, solo puede generar un 0 o un 1, nada intermedio.

En este artículo, repasaré cuatro proyectos básicos de Python para demostrar las capacidades de hardware de Raspberry Pi. Esos proyectos son:

• Hacer parpadear un LED.
• Leer una olla.
• Transmitir datos.
• Controla un servo.

Hacer parpadear un LED.

Un LED es un diodo emisor de luz. Un diodo es un elemento de circuito que permite que la corriente fluya en una dirección pero no en la otra. Medios emisores de luz ... emite luz. Su LED típico necesita corriente en el rango de 10-30 mA y caerá alrededor de 2-3 voltios. Si conecta un LED directamente al GPIO de su Pi, generará mucho más de 30 mA y probablemente freirá su LED (y posiblemente su Pi). Para evitar esto tenemos que poner una resistencia. Si quieres hacer matemáticas, puedes calcular la resistencia apropiada usando la siguiente ecuación:

 R =(Vs - Vd) / I 

Pero si no quiere hacer matemáticas, elija una resistencia entre 500-1500 ohmios. Una vez que haya reunido todos los elementos de su circuito (LED y resistencia)

El código también es bastante simple. Pero primero deberá instalar RPi.GPIO. (Puede venir preinstalado en su sistema operativo).

 import timefrom itertools import cycleimport RPi.GPIO as ioio.setmode (io.BCM) io.setup (12, io.OUT) o =cycle ([1, 0]) while True:io.output (12, o .next ()) time.sleep (0.5) 

Las líneas importantes básicamente son:

 io.setup (12, io.OUT) io.output (12, 1) 

Estas líneas de código configuran el pin 12 como salida y luego dan salida a 1 (3,3 voltios). Ejecute el código anterior conectado al circuito y debería ver su LED parpadeando cada medio segundo.

Leer una olla.

Una olla es la abreviatura de potenciómetro, que es una resistencia variable. Esta es solo una palabra elegante para perilla. Básicamente, al girar la perilla, se afecta la resistencia, lo que afecta el voltaje a través de la olla. ( V =IR , ¿recordar?). Cambiar el voltaje en relación con algún valor físico es la cantidad de sensores que funcionan, y esta clase de sensor se conoce como sensor analógico . ¿Recuerdas cuando dije que los pines GPIO solo pueden representar un estado binario? Tendremos que llamar a la ayuda de un poco más de silicio para convertir ese valor de voltaje analógico en un flujo binario de bits que nuestro Pi puede manejar.

Ese trozo de silicio se conoce como un convertidor analógico a digital (ADC). El que me gusta se llama MCP3008, tiene 8 canales de 10 bits, lo que significa que podemos leer los valores de 8 sensores con una resolución de 1024 cada uno (2 ^ 10). Esto mapeará nuestro voltaje de entrada de 0 - 3.3 voltios a un número entero entre 0 y 1023.

He convertido el Pi en etiquetas amarillas efímeras para simplificar el diagrama

Para hablar con el chip, necesitaremos un paquete de Python llamado spidev. Para obtener más información sobre el paquete y cómo funciona con el MCP3008, consulte esta excelente publicación de blog

Con spidev instalado y el circuito construido, ejecute el siguiente programa para leer los valores de los sensores en vivo e imprimirlos en la salida estándar.

 import spidev import timespi =spidev.SpiDev () spi.open (0,0) def readadc (adcnum):si no es 0 <=adcnum <=7:return -1 r =spi.xfer2 ([1, ( 8 + adcnum) <<4, 0]) adcout =((r [1] &3) <<8) + r [2] return adcout while True:val =readadc (0) print val time.sleep (0.5) 

Las partes más importantes son estas dos líneas:

 r =spi.xfer2 ([1, (8 + adcnum) <<4, 0]) adcout =((r [1] &3) <<8) + r [2] 

Envían el comando de lectura y extraen los bits devueltos relevantes. Consulte la publicación del blog que vinculé anteriormente para obtener más información sobre lo que está sucediendo aquí.

 importar zmqcontext =zmq.Context () socket =context.socket (zmq.REP) socket.bind ('tcp:// *:1980') while True:message =socket.recv () imprimir mensaje socket.send ("Estoy aquí") 

 import zmqcontext =zmq.Context () socket =context.socket (zmq.REQ) a ='tcp://192.168.1.6:1980'socket.connect (a) para solicitud en el rango (10):socket. enviar ('¿Estás en casa?') mensaje =socket.recv () imprimir mensaje 

 import timeimport numpy as npfrom robot_brain.servo import Servoservo =Servo (0, min =60, max =200) for val in np.arange (0, 1, 0.05):servo.set (val) time.sleep ( 0.1)