使用GPIO Zero讓GPIO變得更容易

這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。

為兒童和年輕人開發(fā)的用于GPIO控制的簡(jiǎn)單Python庫(kù)

如果您有過(guò)為Raspberry Pi的GPIO 引腳編寫代碼的經(jīng)驗(yàn)，那么估計(jì)您已經(jīng)使用過(guò)Python以及GPIO Zero模塊了，因?yàn)檫@是最簡(jiǎn)單的入門方式。
但是模塊的簡(jiǎn)單不意味著其缺乏靈活性和功能性。

GPIO Zero 完成所有工作細(xì)節(jié)的處理

GPIO Zero并不是之前Raspberry Pi上用于GPIO的Python模塊的替代品，而是構(gòu)建在那些模塊之上。
GPIO使用RPi.GPIO來(lái)進(jìn)行大多數(shù)操作，同時(shí)會(huì)混合使用PiGPIO和RPIO。

為什么不直接使用這些模塊？

因?yàn)镚PIO Zero已經(jīng)為您完成了很多工作細(xì)節(jié)的處理，您在項(xiàng)目中只需輸入幾行代碼就可以了。
來(lái)看一下這些代碼：
pir = MotionSensor(4)
pir.when_motion = myFunction
第一個(gè)指令表示引腳4上有一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，第二個(gè)指令設(shè)置了一個(gè)在傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)時(shí)運(yùn)行的函數(shù)。真的很簡(jiǎn)單，對(duì)吧？

它是面向?qū)ο蟮?/p>

GPIO Zero通過(guò)為您可能連接到GPIO引腳的常見(jiàn)組件提供一系列配置好的類來(lái)進(jìn)行工作。您可以使用這些類來(lái)創(chuàng)建與連接到GPIO引腳的特定組件相關(guān)聯(lián)的對(duì)象。
您在剛開始最感興趣的類應(yīng)該是輸入類和輸出類，它們包括了一系列標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出組件。
除此之外還有其他多種類，比如用于將數(shù)據(jù)流式傳輸?shù)狡渌M件的SPI類，以及您可以用來(lái)創(chuàng)建自己的類的基類和通用類。暫時(shí)不用為這些類的使用擔(dān)心，目前您只要知道有這些類存在就可以了。

安裝和導(dǎo)入GPIO Zero

GPIO Zero已經(jīng)安裝在了標(biāo)準(zhǔn)Raspbian映像上。如果您使用的是Raspbian Lite，或者更特別的Linux，那么您需要對(duì)其進(jìn)行安裝。
您可以使用以下指令將整個(gè)模塊導(dǎo)入到Python中：
import gpiozero
然后，您可以通過(guò)在類前加上“gpiozero”來(lái)對(duì)其進(jìn)行引用，如下所示：
button = gpiozero.Button(11)
greenLED = gpiozero.LED(13)
pir = gpiozero.MotionSensor(15)
只導(dǎo)入您正在使用的特定組件所需要的類會(huì)更方便一些：
from gpiozero import Button, LED, MotionSensor
這樣，您就可以在不帶前綴的情況下對(duì)其進(jìn)行引用了，如下所示：
button = Button(11)
greenLED = LED(13)
pir = MotionSensor(15)
如此一來(lái)，您的代碼就不會(huì)因?yàn)槿哂?a target="_blank">信息而變得雜亂無(wú)章，從而變得更具有可讀性。

使用GPIO Zero，通過(guò)按下按鈕播放聲音

讓我們通過(guò)將按鈕連接到GPIO引腳來(lái)嘗試在壓電蜂鳴器上播放一系列聲音，感受一下GPIO Zero的使用有多么簡(jiǎn)單。
為此，您將需要：

一個(gè)帶電源的Raspberry Pi以及一個(gè)安裝了Raspbian的SD卡
一個(gè)面包板

您還需要一個(gè)壓電蜂鳴器、下推式開關(guān)、幾根跨接電纜以及某種Raspberry Pi的輸入設(shè)備，例如SSH連接或者USB鍵盤和鼠標(biāo)。準(zhǔn)備好了嗎？讓我們開始吧！

連接壓電蜂鳴器

如果您的GPIO擴(kuò)展板尚未連接到Raspberry Pi和面包板，請(qǐng)將它們連接在一起。然后將接地引腳連接到負(fù)電源軌。
您的壓電蜂鳴器應(yīng)該有一根紅線和一根黑線。紅線連接到來(lái)自GPIO引腳的正電壓，黑線接地。

我使用跨接電纜將蜂鳴器連接到面包板，您也可以直接將其插入。將蜂鳴器的黑色導(dǎo)線連接到負(fù)電源軌，紅色導(dǎo)線連接到面包板中間的某處。
現(xiàn)在，將面包板的這一排連接到GPIO引腳。我使用的是引腳13。

讓這個(gè)小器件尖叫起來(lái)

為此，需要打開Python解釋器。輸入：
python3
現(xiàn)在，我們需要為壓電蜂鳴器導(dǎo)入一個(gè)類，并使用它來(lái)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。實(shí)際上有兩個(gè)類：Buzzer，只發(fā)出簡(jiǎn)單的嗶嗶聲；以及TonalBuzzer，可以讓您改變音調(diào)。
我們將要播放幾種不同的音調(diào)，因此需要導(dǎo)入TonalBuzzer并將其設(shè)置為引腳13。
from gpiozero import TonalBuzzer
piezo = TonalBuzzer(13)
如果所有連接都正確，當(dāng)您輸入以下內(nèi)容時(shí)將會(huì)發(fā)出尖銳的聲音：
piezo.play(‘A4’)
并且在您停止程序之前將會(huì)持續(xù)下去，停止程序的代碼為：
piezo.stop()
您也可以播放其他音調(diào)的聲音！請(qǐng)嘗試以下指令：
piezo.play(‘C4’)
piezo.play(‘D4’)
piezo.play(‘E4’)

編寫播放一系列聲音的程序

現(xiàn)在讓我們把所有的指令放入同一個(gè)函數(shù)中，從而實(shí)現(xiàn)以不同的音調(diào)發(fā)出嗶嗶聲。我們將在一開始從time模塊中導(dǎo)入sleep函數(shù)，這樣就可以避免播放過(guò)快而錯(cuò)過(guò)了某個(gè)聲音。
from time import sleep
現(xiàn)在讓我們來(lái)定義一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)，該函數(shù)的功能是播放特定音調(diào)的蜂鳴聲一秒鐘。請(qǐng)記住Python對(duì)縮進(jìn)很敏感。
def playTone(pitch):
piezo.play(pitch)
sleep（1）
piezo.stop()
再次按回車鍵，讓Python知道您已經(jīng)完成了函數(shù)的編寫。檢查一下是否工作正常也是個(gè)不錯(cuò)的主意。
playTone(‘A4’)
playTone(‘C4’)
每個(gè)指令運(yùn)行后應(yīng)會(huì)各自發(fā)出不同音調(diào)的嗶嗶聲。如果不是的話，請(qǐng)檢查輸入的內(nèi)容是否正確。
現(xiàn)在我們可以定義另外一個(gè)便捷的函數(shù)，該函數(shù)的功能是以不同的音調(diào)播放三次嗶嗶聲。
def playTones():
playTone(‘A4’)
playTone(‘D4’)
playTone(‘E4’)
再次按下回車鍵完成該函數(shù)，然后檢查是否工作正常。
playTones()
一切正常嗎？太棒了。

與按鈕連接

剩下的工作就是連接一個(gè)按鈕并進(jìn)行編程，以使其能夠控制聲音的播放。
將按鈕放置在面包板上，并跨越中心溝槽。
然后使用跨接電纜將按鈕的一個(gè)角連接到負(fù)電源軌，對(duì)角線相對(duì)的角連接到GPIO引腳，我使用的是引腳12。
現(xiàn)在，我們導(dǎo)入GPIO Zero中的Button類，并將其設(shè)置為引腳12：
from gpiozero import Button
button = Button(12)
接下來(lái)要做的就是使程序在按下按鈕時(shí)運(yùn)行我們的函數(shù)。
button.when_pressed = playTones
現(xiàn)在按下按鈕。如果所有操作正確，此時(shí)將會(huì)播放聲音。
GPIO Zero 讓一切變得簡(jiǎn)單
是不是很簡(jiǎn)單？我們只用了三行代碼就配置了按鈕。
雖然表面看上去很簡(jiǎn)單，但其實(shí)其中涉及了很多內(nèi)容：上拉和下拉電阻以及高電平有效和低電平有效信號(hào)。不同的音調(diào)是使用一種被稱為“脈沖寬度調(diào)制”的技術(shù)生成的，其中引腳通過(guò)在啟動(dòng)和關(guān)閉之間快速轉(zhuǎn)換來(lái)模仿模擬電壓。GPIO Zero已經(jīng)完成了所有這些工作的預(yù)配置。
當(dāng)您掌握了基本要領(lǐng)后，就可以開始嘗試進(jìn)行所有這些內(nèi)容了。
與此同時(shí)，敬請(qǐng)享受通過(guò)GPIO Zero構(gòu)建和學(xué)習(xí)項(xiàng)目的樂(lè)趣吧！

DevicePlus 編輯團(tuán)隊(duì)

設(shè)備升級(jí)版適用于所有熱愛(ài)電子和機(jī)電一體化的人。

審核編輯黃宇