张高兴的 .NET Core IoT 入门指南:(二)GPIO 的使用

GPIO 是 General Purpose Input Output 的缩写,即“通用输入输出”。 Raspberry Pi 有两行 GPIO 引脚, Raspberry Pi 通过这两行引脚进行一些硬件上的扩展,与传感器进行交互等等。

张高兴的 .NET Core IoT 入门指南:(二)GPIO 的使用


Raspberry Pi B+/2B/3B/3B+/Zero 引脚图

简单的讲,每一个 GPIO 引脚都有两种模式:输出模式(OUTPUT)和输入模式(INPUT)。输出模式类似于一个电源,Raspberry Pi 可以控制这个电源是否向外供电,比如打开外部的 LED 小灯,当然最有用的还是向外部设备发送信号。输入模式相当于电源的阴极,还是以 LED 小灯为例,只不过这次 LED 小灯的阳极接着外部电源,一个电路只有产生电压差时才会有电流,因此要想让小灯亮需要让电流流入 Raspberry Pi 中。和输出模式相反,输入模式是接收外部设备发来的信号。

GPIO 通常采用标准逻辑电平,即高电平和低电平,用二进制 0 和 1 表示。在这两值中间还有阈值电平,即高电平和低电平之间的界限。 Arduino 会将 -0.5 ~ 1.5 V 读取为低电平,3 ~ 5.5 V 读取为高电平, Raspberry Pi 未查到相关资料。GPIO 还可用于中断请求,即设置 GPIO 为输入模式,值达到相应的要求时进行中断。

相关类(Class)

此处默认各位是面向对象的程序员,具有一定的 C# 基础,这里只介绍本人认为常用的方法,介绍将以代码注释的形式体现。

GPIO 操作主要依赖于两个类: GpioControllerGpioPin 。这两个类位于 System.Devices.Gpio 名称空间下。

GpioController // GpioController 即 GPIO 控制器 // GPIO 引脚依靠 GpioController 初始化 public class GpioController : IDisposable { // 构造函数 /* PinNumberingScheme 即引脚编号方案,是一个枚举类型,包含 Board 和 Gpio 两个值。 * 可以看上方的 Raspberry Pi 引脚图,以 GPIO 17 为例,如果实例化时选 Gpio ,那么打开引脚时需要填写 17。 * 如果实例化时选 Board ,那么打开引脚时需要填写右侧灰色方框内的值,即 11 。 */ public GpioController(PinNumberingScheme numbering = PinNumberingScheme.Gpio); // 第二个构造函数中的 GpioDriver 应该是用于扩展的,一般还是用 Raspberry Pi 默认的 GPIO 驱动。 public GpioController(GpioDriver driver, PinNumberingScheme numbering = PinNumberingScheme.Gpio); // 属性 // 获取已打开的所有 GPIO 引脚 public IEnumerable<GpioPin> OpenPins { get; } // 方法 // 打开 GPIO 引脚,pinNumber 需要填写和 PinNumberingScheme 相对应的值。 public GpioPin OpenPin(int pinNumber); // 关闭 GPIO 引脚 public void ClosePin(int pinNumber); public void ClosePin(GpioPin pin); // 判断某个引脚是否打开 // 注意:引脚连续打开会抛出异常 public bool IsPinOpen(int pinNumber); } GpioPin // GpioPin 表示单个的引脚实体 // 需要通过 GpioController.OpenPin() 获取 public class GpioPin : IDisposable { // 属性 // 一个去抖时间,即在此时间间隔引脚电平变化,不触发 ValueChanged 事件 public TimeSpan DebounceTimeout { get; set; } // 事件 // 引脚电平变化时触发 public event EventHandler<PinValueChangedEventArgs> ValueChanged; // 方法 // 读取当前引脚电平 public PinValue Read(); // 向引脚写入指定电平 public void Write(PinValue value); } 人体红外传感器实验

示例地址:https://github.com/ZhangGaoxing/dotnet-core-iot-demo/tree/master/src/PIR

人体红外传感器是基于周围区域的红外热来检测运动的,也称被动红外传感器(Passive Infra-Red, PIR)。

这里使用的是 HC-SR501 。当传感器检测到人体时,LED 小灯亮,当传感器未检测到人体时,LED 小灯灭。

传感器图像

2019127194134


HC-SR501

硬件 名称 数量
HC-SR501   x1  
LED 小灯   x1  
220 Ω 电阻   x1  
杜邦线   若干  
电路

2019127194548

HC-SR501

VCC - 5V

GND - GND

OUT - GPIO 17

LED

VCC & 220 Ω resistor - GPIO 27

GND - GND

代码

打开 Visual Studio ,新建一个 .NET Core 控制台应用程序,项目名称为“PIR”。

引入 System.Devices.Gpio NuGet 包。

新建类 HCSR501,替换如下代码(此处略有精简,只为必要的代码,不包含自定义事件,详细可查看提供的示例):
```C#
public class HCSR501 : IDisposable
{
private GpioPin sensor;
private readonly int pinOut;

/// <summary> /// 构造函数 /// </summary> /// <param>OUT Pin</param> public HCSR501(int pin) { pinOut = pin; } /// <summary> /// 初始化 /// </summary> public void Initialize() { // 实例化 GpioController GpioController controller = new GpioController(PinNumberingScheme.Gpio); // 打开引脚,设置模式为输入模式 sensor = controller.OpenPin(pinOut, PinMode.Input); } /// <summary> /// 读取 /// </summary> /// <returns>是否检测到人体</returns> public bool Read() { // 当电平为高时,认为检测到人体 if (sensor.Read() == PinValue.High) { return true; } else { return false; } } }
```

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