Android gpio подключение кнопки

Построение контроллеров на Raspberry Pi #1: обработка нажатия кнопки

Хотите построить контроллер на Raspberry Pi? Что ж, начнем.

Raspberry Pi (RPi) – это мощный одноплатный компьютер, который позволяет создавать разнообразные программные проекты и электронные устройства. Это первая часть в серии статей о Raspberry Pi. Благодаря доступному разъему GPIO (входов/выходов общего назначения), к Raspberry Pi может быть подключен очень разнообразный ряд электрических, электронных и электромеханических компонентов и устройств. Кроме того, RPi поддерживает такие возможности, как аудио, HDMI, композитное видео, камера, USB и LCD устройства, используя стандартные разъемы, аудио и RCA разъемы. Подключение к сети легко осуществляется посредством стандартного Ethernet разъема. Чтобы помочь вам начать создавать какие-либо устройства, RPi использует язык программирования Python, который идет в составе стандартного дистрибутива операционной системы Debian, установленной на SD карту. В данном вступительном проекте по созданию электронных контроллеров на Raspberry Pi мы узнаем, как подключить в программе кнопку к Raspberry Pi, и как прочитать ее состояние, используя простой скрипт на Python.

Программируемая кнопка не требует каких-либо дополнительных электронных компонентов, и схему довольно легко собрать. Перечень элементов для программируемой кнопки показан ниже.

Что нам понадобится

Установка библиотеки RPi.GPIO

Чтобы прочитать состояние кнопки, необходимо установить на Raspberry Pi библиотеку RPi.GPIO. RPi.GPIO представляет собой программный модуль, который позволяет удобно использовать выводы GPIO Raspberry Pi для управления электронными устройствами. Чтобы установить библиотеку RPi.GPIO на Raspberry Pi откройте LXTerminal и наберите следующую команду:

После ввода команды установки вы увидите на мониторе ряд устанавливаемых файлов библиотеки RPi.GPIO, как показано ниже:

Установка библиотеки RPi.GPIO

Как только сборка завершится, RPi будет готов к чтению состояния кнопки.

Почключение кнопки к Raspberry Pi

Подключение кнопки к RPi выполняется довольно просто. Важная вещь, о которой стоит помнить, это то, что выводы GPIO Raspberry Pi работают с постоянным напряжением 3,3 вольта. Подача на них напряжений более 3,3 В может вывести RPi из строя. Электрическая схема подключения кнопки показана на рисунке ниже.

Подключение кнопки к Raspberry Pi

Дополнительно ниже показана принципиальная схема подключения.

Принципиальная схема подключения кнопки к Raspberry Pi

Несмотря на то, что схема подключения к RPi довольно проста, перепроверьте соединения перед программированием Raspberry Pi. Этот важный шаг гарантирует успех вашему проекту, когда скрипт на Python будет написан и запущен на RPi.

Скрипт на Python для программируемой кнопки

Следующий этап сборки проекта – это создание скрипта на питоне для чтения состояния кнопки, подключенной к GPIO выводу Raspberry Pi. Скрипт Phyton показан ниже:

Вы можете напечатать этот скрипт с помощью текстового редактора nano в терминале LXTerminal или в Python IDLE (Integrated Development and Learning Environment, интегрированная среда разработки и изучения Python). Сохраните скрипт, как pbbutton.py в каталоге home/pi на Raspberry Pi. Затем введите в LXTerminal следующую команду, чтобы запустить скрипт на RPi, как показано ниже:

Затем нажмите кнопку. Если скрипт напечатан правильно, вы увидите сообщение « button press », показанное на экране монитора. Поздравляем с созданием программируемой кнопки!

Проверка скрипта обработчика нажатия кнопки на Raspberry Pi

Также вы можете посмотреть видео, приведенное ниже.

Кнопку можно легко запрограммировать для вывода сообщений и откликов на нажатие. Попробуйте изменить сообщение « Button Press » на отображение вашего имени или любого другого слова при нажатии кнопки. В следующей статье проекта мы рассмотрим, как запрограммировать Raspberry Pi для включения и выключения светодиода вашей программируемой кнопкой.

Источник

Управление контактами ввода/вывода (GPIO) Raspberry Pi через Bluetooth и Android приложение

Плата Raspberry Pi находит широкое применение в различных проектах, относящихся к тематике интернета вещей (Internet of Things, IoT), во многом благодаря тому что у нее есть встроенные Wi-Fi и Bluetooth, в настоящее время являющиеся самыми популярными протоколами беспроводной связи. В данной статье мы рассмотрим управление контактами ввода/вывода (GPIO) платы Raspberry Pi через Bluetooth и Android приложение. Ранее на нашем сайте мы рассматривали аналогичный проект для платы Arduino.

В данном проекте мы использовали плату Raspberry 2 Pi Model B, у которой нет встроенного модуля Bluetooth, поэтому для использования в ней возможностей данного протокола мы использовали простой USB Bluetooth адаптера. Для демонстрации возможностей данного проекта мы использовали светодиод, подключенный к плате Raspberry Pi через резистор 220 Ом. В данном проекте для беспроводной связи между смартфоном и платой Raspberry Pi мы использовали протокол RFCOMM Bluetooth.

Программирование Bluetooth в языке Python основано на концепции программирования сокетов (socket programming) и взаимодействие между Bluetooth устройствами в данном случае осуществляется через RFCOMM сокет. RFCOMM (Radio Frequency Communication) представляет собой Bluetooth протокол, который обеспечивает эмуляцию последовательного порта RS-232 и также известен под именем Serial Port Emulation. Профиль последовательного порта Bluetooth основан на этом протоколе. RFCOMM является достаточно популярным приложением Bluetooth поскольку он обеспечивается хорошей поддержкой и имеет свободно доступные инструменты API

Для работы с данным протоколом в нашем проекте мы будем использовать Bluetooth модуль HC-06, на нашем сайте вы можете посмотреть все проекты, в которых он был использован.

Установка необходимых пакетов для работы с Bluetooth в Raspberry Pi

Первым делом нам необходимо установить последние обновления для операционной системы Raspberry Pi OS:

Источник

Умный замок на Android Things и Raspberry Pi3

В декабре 2016 года Google анонсировал выход первой Developer Preview версии Android Things. С тех пор проект сильно изменился. Все еще доступна только preview-версия, но с каждым шагом у платформы появляются новые возможности и растет число поддерживаемых устройств.

С каждым днем появляются новые примеры использования IoT устройств в реальном мире, а сама платформа становится все более привлекательной. Мы в Live Typing решили тоже погрузиться в интереснейший мир Интернет Вещей и рассказать о своем опыте. Эта статья для тех, кто слышал об Android Things, но боялся попробовать. А также о том, как мы реализовали свой «умный замок» и пользуемся им в собственном офисе.

Описание идеи

Проблема №1: Наша компания снимает офис с системой электронных пропусков и стеклянными дверями. Часто сотрудники забывают свои карточки дома или просто выходят на улицу без них, а потом стучатся или звонят коллегам, чтобы попасть обратно. Карточку нужно прикладывать к магнитному замку и внутри, и снаружи офиса. Если внутри мы просто привязали карточку на веревочку, то попасть в офис без ключа снаружи — это проблема, которую мы бы хотели решить.

Проблема №2: По выходным в нашем офисе проводятся разного рода митапы. Основная часть присутствующих не является нашими коллегами. Их количество варьируется, но сколько бы их ни было, дать ключ постороннему человеку мы не можем, как и держать дверь все время открытой — это небезопасно для нашего имущества. Поэтому сейчас приходится назначать специального «человека-швейцара» или подпирать дверь чем придётся.

Отключить, убрать или модернизировать проходную систему мы не имеем права, но на то, чтобы подключить что-то снаружи, ограничения не распространяются. Мы решили оборудовать дверь сервоприводом, который будет поворачивать прикреплённую карточку к считывающему датчику при успешном распознавании лица. Фотографию лица предоставляет камера. Таким образом получаем этакий умный дверной замок.

С таким замком у нас появляется своя идентификационная система с блэкджеком и широкими возможностями. (Например смешные фотографий сотрудников, из которых можно делать стикеры для внутреннего шутливого использования). Если говорить о второй проблеме, то замок позволяет сделать регистрацию и пропуск по фотографиям участников встречи. Awesome, не правда ли?

Дальше идея обрастала сопутствующими нюансами и вопросами. Когда начинать и заканчивать фотографировать? Как часто и долго делать фотографии? Стоит отключать систему в нерабочие часы и темное время суток? Как визуализировать работу системы? Но обо всем этом далее и по отдельности. За основу проекта мы взяли пример Doorbell с официальной страницы Android Things. Оригинальный пример называется «звонок», однако мы хотели, чтобы пользователь системы отпирал дверь с минимальными усилиями, а посторонние люди внутрь не попали. Поэтому мы посчитали более правильным назвать его «умный замок».

Благодарности

Сначала у нас не было ничего. Ни самого Raspberry, ни комплектующих, ни опыта работы с ними — только теоретические знания, полученные из статей и документации. Первый раз попробовать поиграться c Android Things удалось на CodeLab проводимом в нашей IT-столице Сибири, городе Омск, ребятами из Mobilatorium. Мы быстро завели проект, где вместо Google Cloud Vision имплементировали свою реализацию FindFace на Tensor Flow. Если вам интересно, как устроен back-end, то можете ознакомиться с отличной статьей «Ищем знакомые лица», где автор очень подробно описал принципы и алгоритмы работы с распознаванием лиц. Если нет, то можете воспользоваться связкой Google Cloud Vision + Firebase Realtime Database, как это сделано в приведённом выше CodeLab.

Когда мы вернулись в офис, оказалось что у нашего сотрудника Миши есть все необходимые компоненты и даже сам Raspberry Pi3, которые он недавно приобрёл, желая побаловаться чем-то эдаким. Также остались компоненты от ребят, проводивших [летнюю школу] (https://vk.com/mobilatorium?w=wall-130802553_81%2Fall) с изучением Arduino. Огромное им спасибо за предоставленные железяки.

Комплектующие

Для реализации умного замка нам понадобились:

• Raspberry Pi 3 — 1шт;
• MicroSD 8Gb — 1шт;
• NoIR Camera V2 — 1шт;
• Breadboard — 1шт;
• Infrared PIR Motion Sensor Module — 1шт;
• SG90 Servo Motor — 1шт;
• Photoresistor (Light Sensor) — 1шт;
• Push Button — 1шт;
• LED — 3 шт;
• Resistors (1k) — 3шт;
• Resistors (10k) — 1 шт;
• Pin Jumper Wires — много штук;
• Изолента — 1шт.

Все комплектующие легко найти и недорого заказать на китайских сайтах, и мы специально оставили их названия на английском для удобства поиска. Стоит лишь упомянуть, что комплект обойдётся вам примерно в 100-125$. Самыми дорогими компонентами являются камера и сам Raspberry Pi3.

Реализация

Для лучшего понимания мы разобьём описание реализации на отдельные шаги. Соединяя схему по частям, удобней восстановить картину на любом шаге. Кода мало, и если вы написали хотя бы одно приложение под Android, то проблем у вас не возникнет, на мой взгляд. Для разработки будем использовать привычную Android Studio. Вы даже сможете использовать свои любимые библиотеки и фреймворки, такие как Dagger, RxJava, Retrofit, OkHttp, Timber и т.п.

Перед началом работ стоит ознакомиться с кратким введением в Android Things, а также с пинами на Raspberry Pi3. А эта цветная картинка с распиновкой является отличным наглядным гайдом и пригодится вам ещё не один раз.

Raspberry Pi поддерживает разный набор интерфейсов оборудования. Но нас главным образом интересуют GPIO (General-purpose input/output) и PWM (Pulse Width Modulation). Они будут основными способами взаимодействия между платой и датчиками при реализации нашего проекта.

Библиотеки для различных периферийных устройств уже написаны до нас, а многие из них доступны даже сразу из коробки. Поэтому, когда начнёте интегрировать новый датчик, сначала ознакомтесь с этим и этим репозиториями. Здесь собрано множество драйверов. Скорее всего, вы найдете нужный. Если нет, то Google предоставили специальный концепт User Drivers, который расширяет возможности Android Framework Services. Он перенаправляет происходящие в железе во фреймворк и позволяет обработать их стандартными средствами Android API и таким образом создать свой драйвер. Коротко работу с любым драйвером можно разбить на следующие этапы:

• создать объект драйвера;
• зарегистрировать драйвер;
• подписаться на события;
• отписаться и отменить регистрацию;
  Можете ознакомиться с примером реализации собственного драйвера в этой статье.

Шаг 1: Установка Android Things

Устанавливаем самый свежий образ Android Things на Raspberry Pi3. Там же приведены ссылки на инструкции по установке образа для различных операционных систем.

Убедиться, что всё успешно установлено, можно, подключив к Raspberry какой-нибудь дисплей через HDMI-кабель. Если все окей, то вы увидите на экране анимацию загрузки Android Things.

Для более комфортного взаимодействия с устройством в документации советуют настроить подключение по WiFi. После этого внизу экрана под заставкой Android Things появится IP-адрес девайса в вашей WiFi сети.

Если в вашей сети только одно такое устройство, то можно не запоминать адрес и не проверять его всякий раз при изменении, а воспользоваться зарезервированным Raspberry именем хоста и подключаться через adb командой.

Шаг 2: Создание приложения

Создаём новое приложение через Android Studio. Можно визуализировать работу своей программы стандартными Android виджетами, разместив их экране, хотя это не обязательно. Ознакомьтесь с полной инструкцией создания первого Android Things приложения на официальном сайте, а мы разберём только основные моменты.

• Android Studio 2.2 и выше;
• SDK Tools 25.0.3 и выше;
• Min SDK 24 и выше;
• Target SDK 24 и выше.

Добавим в app/build.gradle зависимость Android Things support library, которая даст нам доступ к нужному API, не являющемся частью стандартного Android SDK.

Каждое приложение связывается с используемой по умолчанию библиотекой Android, в которой имеются базовые пакеты для построения приложений (со стандартными классами, например Activity, Service, Intent, View, Button, Application, ContentProvider и так далее).
Однако некоторые пакеты находятся в собственных библиотеках. Если ваше приложение использует код из одного из таких пакетов, оно должно в явном виде потребовать, чтобы его связали с этим пакетом. Это делается через отдельный элемент .

Android Things позволяет одновременно устанавливать только одно приложение, а больше нам и не надо. Благодаря этому ограничению появляется возможность декларировать для Activity, как IOT_LAUCHER в AndroidManifest приложения, что позволяет запускать это Activity по-умолчанию сразу же при старте девайса. Также оставим стандартный чтобы Android Studio смогла запустить наше приложение после сборки и деплоя.

Шаг 3: Кнопка

Начнём с подключения тактовой кнопки, при нажатии на которую камера сделает один снимок. Это простой механизм: толкатель нажимается — цепь замыкается. Кнопка с четырьмя контактами представляет собой две пары соединительных рельс. При замыкании и размыкании между пластинами кнопки возникают микроискры, провоцирующие многократные переключения за крайне малый промежуток времени. Такое явление называется дребезгом. Подробней о кнопке.

Кнопка подключается через макетную плату с использованием резистора на 1 кОм. Чтобы не запутаться в резисторах обратите, внимание на их цветовую кодировку. Не будем подробно расписывать процесс подключения. Просто сопоставьте представленную схему с распиновкой Raspberry, данной чуть выше.

Для интеграции кнопки используем готовый драйвер, который уже учитывает эффект дребезга. Добавим зависимость

Напишем класс-обёртку для работы с кнопкой. Возможно, реализация через обёртку покажется немного излишней, но таких образом мы сможем инкапсулировать работу с кодом драйвера кнопки и создать собственный интерфейс взаимодействия.

Воспользуемся этой обёрткой в нашем Activity. Просто передадим в конструктор объекта кнопки название GPIO порта («BCM4») на Raspberry Pi3, к которому она подключена на схеме.

Шаг 4: Камера

Мы использовали камеру NoIR Camera V2. Примерно за 45$ вы получите характеристики, достаточные для нашего проекта:

• максимальное разрешение: 8 Мп (3280×2464);
• поддерживаемые видеоформаты: 1080p (30fps), 720p (60fps), 640×480p (90fps);
• энергопотребление: 250 мА

Камера подключается к управляющей плате шлейфом через видеовход CSI (Camera Serial Interface). Такой способ снижает нагрузку на центральный процессор по сравнению с подключением аналогичных камер по USB.

Добавляем в манифест разрешение на использование камеры и требования, что устройство должно ею обладать. Добавление разрешений обязательно, однако согласие на все Permissions, в том числе и на Dangerous Permissions, получается автоматически при установке приложения (существует известная проблема, что при добавлении нового пермишена после переустановки приложения требуется полностью перезагрузить устройство).

Для дальнейшего подключения камеры требуется написать большие по меркам этой статьи куски кода. Пожалуйста, ознакомьтесь с ними самостоятельно по этой ссылке на официальном сайте. В коде устанавливаются настройки камеры. Мы не стали использовать всю её мощь и выбрали разрешение 480х320.

Шаг 5: Светодиод

Светодиод — вид диода, который светится, когда через него проходит ток. Его собственное сопротивление после насыщения очень мало. При подключении потребуется резистор, который будет ограничивать ток, проходящий через светодиод, иначе последний просто перегорит. Подробней о светодиодах

Мы будем использовать три светодиода разных цветов:

• жёлтый ( BCM20 ) — индикатор начала работы, которая продолжается указанный разработчиком интервал времени;
• зелёный ( BCM21 ) — программа успешно распознала лицо из базы данных;
• красный ( BCM16 ) — программа не распознала лицо в течении указанного интервала времени

Можно использовать один трехцветный светодиод вместо трёх одноцветных. Мы пользовались тем, что было под рукой. Используя резисторы в 1 кОм, поочередно подключаем наши светодиоды через макетную плату в соответствии с приведенной схемой.

При реализации обёртки для работы со светодиодом воспользуемся PeripheralManagerService , сервисом, который дает доступ к GPIO интерфейсу. Открываем соединение и конфигурируем его для передачи сигнала. К сожалению, если заглянуть в реализацию абстрактного класса com.google.android.things.pio.Gpio , то можно увидеть, что вызов почти каждого метода способен генерировать java.io.IOException . Для простоты скроем все try-catch выражения в нашей обертке.

Имплементируем его в наше Activity для каждого светодиода по отдельности.

Шаг 6: Датчик движения

Каждый раз подходить к двери и жать на кнопку, словно это дверной звонок, скучно. Мы хотели избавить гостя нашего офиса от лишних действий или даже вовсе открывать дверь, пока человек только подходит к двери. Поэтому мы решили использовать датчик движения как основной триггер для начала работы всей системы. На всякий случай оставим кнопку с дублирующей функциональностью как есть. Подробней о датчике движения.

Подключаем датчик движения через BCM6 пин по схеме, приведенной ниже.

public class MainActivity extends Activity <

Шаг 7: Сервопривод

Сервопривод совершает основную механическую работу в нашем девайсе. Именно он поворотом выходного вала на 180 градусов подносит карточку к считывающему устройству. Подробней про сервоприводы.

Мы снова используем уже существующий драйвер, над которым напишем свою обёртку. Добавляем в app/build.gradle зависимость.

Подключим привод через интерфейс широтно-импульсной модуляции PWM1 в соответствии со схемой приведенной ниже. Использование PWM интерфейса обусловлено тем, что, в отличии от предыдущих случаев, требуется передать конкретное значение через управляющий сигнал, а не просто бинарный импульс. Управляющий сигнал — импульсы постоянной частоты и переменной ширины. Сервопривод использует широтно-импульсный входящий PWM-сигнал, преобразуя его в конкретный угол поворота выходного вала.

public class MainActivity extends Activity <

Шаг 8: Фоторезистор

В тёмное время суток работа замка бессмысленна, потому что по полученным фотографиям сложнее распознать лица. Значит, систему можно временно отключать. Для этого в качестве датчика света используем фоторезистор — Light Dependent Resistors (LDR). Подробней о фоторезисторе.

Для работы с фоторезистором подходит драйвер кнопки, описанный ранее. Это логично, ведь суть и механика работы действительно совпадают. В app/build.gradle уже должна быть подключена библиотека.

Схема подключения к макетной плате аналогична схеме подключения кнопки. Отличие лишь в использовании резистор в 10 кОм. Используем порт BCM25 .

Несмотря на всю похожесть, напишем для него отдельную обёртку.

Демонстрация реализации

Пересмотрев все выпуски телепередачи «Очумелые ручки», мы искусно упаковали нашего «монстра» в коробочку из-под старого телефона. Результат вы могли увидеть в начале статьи.

Проблемы

Плохое качество датчиков и сенсоров. Срабатывают или не срабатывают, когда надо и когда не надо. Сервопривод потрескивает в режиме ожидания.

Если вы ознакомились с принципом работы датчика движения, то могли понять, что через стекло он не срабатывает. Поэтому пришлось выводить его наружу.

Разместив нашу конструкцию изнутри на тройной стеклопакет все фотографии оказались сильно засвечены. Быстро сообразив, что проблема заключается в отражении света от белой поверхности коробочки и его многократном преломлении через стеклопакет, мы просто наклеили чёрный лист бумаги вокруг камеры, чтобы он поглощал часть света.

Нет защиты от распечатанных фотографий.

Итоги

Интересно, захватывающе, модно, молодежно. Это был интересный проект, и идеи для его развития еще есть. Например, изнутри дверь также открывается по карточке. Можно решить и эту проблему — открывать дверь каждому, кто подходит к ней изнутри. Пожалуйста, предложите в комментариях свои варианты доработки нашего умного замка. Если они нам понравятся, то мы обязательно их реализуем.

Какие варианты монетизации разработок под IoT знаете вы? Делитесь своим опытом в комментариях.

Не на правах рекламы хочу поделиться отличной статьей, где автор придумал и реализовал самодельную читалку новостей шрифтом Брайля BrailleBox для слабо видящих на Android Things. Выглядит и реализовано так же круто, как и звучит. Отличный, воодушевляющий проект.

Источник