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智慧插座 : 從 GPIO 到繼電器
台灣樹莓派
2019/05/01@TKU
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姓名標示 — 非商業性 — 相同方式分享
CC (Creative Commons)
姓名標示 — 你必須給予 適當表彰、提供指向本授權
條款的連結，以及 指出（本作品的原始版本）是否已
被變更。你可以任何合理方式為前述表彰，但不得以
任何方式暗示授權人為你或你的使用方式背書。
非商業性 — 你不得將本素材進行商業目的之使
用。
相同方式分享 — 若你重混、轉換本素材，或依本
素材建立新素材，你必須依本素材的授權條款來
散布你的貢獻物。
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●
Raspberry Pi 官方經銷商
●
專注 Raspberry Pi 應用與推廣 , 舉辦社群活動
關於我們
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●
COSCUP,MakerConf,PyCon,HKOSCon 講者
● 投影片
●
https://speakerdeck.com/piepie_tw
● 程式碼
●
https://github.com/piepie-tw
分享 x 教學
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No content
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●
Raspberry Pi GPIO 介紹
●
使用繼電器控制 110V 電器
本次主題
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●
硬體:Raspberry Pi 3B/3B+
●
作業系統:2018-11-13-raspbian-stretch.img
●
為了可以使用USB 轉TTL 傳輸線
●
修改/boot/config.txt, 新增三行
– dtoverlay=pi3-miniuart-bt
– core_freq=250
– enable_uart=1
●
修改/boot/cmdline.txt, 將quiet splash 的quiet 移除
今日環境
刪除 quiet
新增三行
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●
$ sudo apt-get update
●
$ sudo apt-get -y install python-
pip python-dev x11vnc python3-dev
python3-venv
安裝今日所需軟體 ( 已安裝 )
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Raspberry Pi GPIO 介紹
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●
General Purpose Input Output
●
GPIO 是一種可用軟體控制的數位訊號
什麼是 GPIO ？
http://www.tek.com/datasheet/tps2000b-series-digital-storage-oscilloscopes-datasheet
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●
決定是輸入還是輸出
●
輸出：寫值到某根腳位
●
輸入：從某根腳位讀值
●
等待中斷 (interrupt) 的發生
●
決定是正緣觸發還是負緣觸發
用軟體控制什麼 ?
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GPIO 腳位在哪裡？
http://www.raspberrypi-spy.co.uk/
Pin1 Pin2
Pin25 Pin26
Pin3 Pin4
Z
Z 字型的腳位編號
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●
GPIO 高電位輸出為 3.3V
●
GPIO 容忍輸入電位為 3.3V
●
單一 Pin 輸出電流為 3mA-16mA
●
全部 Pin 輸出總和小於 50mA
●
GPIO 輸入低電位為小於 0.8V, 高電位為大於 1.3V
幾個 GPIO 的數字
https://www.scribd.com/doc/101830961/GPIO-Pads-Control2
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●
C
●
C + wiringPi
●
C#
●
Ruby
●
Perl
●
Python
●
Scratch
●
Java Pi4J Library
●
Shell script
如何控制 Raspberry Pi 的 GPIO ?
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Python + GPIO
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●
變數 , 物件 , 型別 , 註解
●
模組
●
縮排
●
迴圈
●
條件判斷
●
函式
Python2 五分鐘速成
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●
動態型別 (dynamic typing)
# 這是註解
i = 3 # 變數 i 指到數字物件 3
i = [1, 2, 3, 4, 5] # 變數 i 指到串列物件
print(i[2]) # 印出串列中第三個元素
i = "abcde" # 變數 i 指到字串物件
print(i[2]) # 印出字串中第三個元素
變數 , 物件 , 型別 , 註解
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# import MODULE
import RPi.GPIO
# import MODULE as ALIAS
import RPi.GPIO as GPIO
模組
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●
用縮排取代大括號
●
程式碼的區塊是用縮排分隔
●
不使用 tab, 使用空白鍵
●
常見縮排為 4 個空白鍵
縮排
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●
自動迭代 (iterator)
for i in xrange(start, stop[, step]):
process
for i in xrange(0, 11, 5):
print(i)
迴圈
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if condition_1:
process_1
elif condition_2:
process_2
else:
process_3
process_4
條件判斷
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def function_name():
process
def function_name(param_name):
process
def function_name(param_name = 3):
process
函式
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●
1. 存成檔案以後 , 用 python 執行
●
$ nano test.py
●
$ python test.py
●
2. 進到互動模式 , 可直接看輸出結果
●
$ python
Python 2.7.9 (default, Sep 17 2016, 20:26:04)
[GCC 4.9.2] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or
"license" for more information.
>>>
兩種執行 Python 的方法
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數位輸出
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實驗 1: 硬體的 Hello World
目的 : 從硬體到軟體的思維
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●
發光二極體
●
單向導通
●
省電
LED
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c8/5mm_Red_LED.jpg
長腳接正極 Vcc
短腳接負極 GND
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要接哪一個腳位？
目標 : 一隻腳接地 , 一隻腳給電
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線路圖
LED RPi
長腳 (RED) Pin12 (GPIO18)
短腳 (BLACK) Pin6 (Ground)
1k 電阻 : 棕黑黑棕 ( 棕 )
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線路圖
LED RPi
長腳 (RED) Pin12 (GPIO18)
短腳 (BLACK) Pin6 (Ground)
1k 電阻 : 棕黑黑棕 ( 棕 )
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麵包板的使用
https://www.slideshare.net/eoinbrazil/imediaarduino08
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使用麵包板方便多了
1k 電阻
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各腳位的意義
https://goo.gl/f2rPpN
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開始用 Python 控制 GPIO 吧
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●
載入模組 (Import module)
●
選擇編號系統 (Define pin numbering)
●
定義腳位 (Setup up a channel)
●
讀取輸入 / 寫入輸出 (Input/Output)
●
清理 (Cleanup)
Python Code 基本流程
http://code.google.com/p/raspberry-gpio-python/wiki/BasicUsage
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#!/usr/bin/python
●
import RPi.GPIO as GPIO # Import module
import time
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # Define pin numbering
LED_PIN = 12
GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT) # Setup up a channel
print("LED is on")
GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH) # Input/Output status
time.sleep(3)
GPIO.cleanup() # Cleanup
一個實際的範例
以下都是使用別名 (alias)
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使用 :nano < 檔名 , 例如 led_on.py>
離開 :Ctrl + x
> 令存新檔 :y
> 不存離開 :n
> 離開 :Ctrl + c
nano 編輯器使用
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DEMO
led_on.py
$ cd ~
$ nano led_on.py
$ python led_on.py
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●
Wiki
●
http://sourceforge.net/p/raspberry-gpio-
python/wiki/Home/
●
Code
●
http://sourceforge.net/p/raspberry-gpio-
python/code/ci/default/tree/
●
Reference detail
●
http://elinux.org/RPi_Low-level_peripherals
●
http://elinux.org/RPi_BCM2835_GPIOs
●
http://www.raspberrypi.org/wp-
content/uploads/2012/02/BCM2835-ARM-Peripherals.pdf
更多 RPi.GPIO 的使用方法
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實驗 2: 控制 LED 閃爍
目的 : 熟悉 Python 語法
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一樣的線路圖
LED RPi
長腳 (RED) Pin12 (GPIO18)
短腳 (BLACK) Pin6 (Ground)
1k 電阻
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try:
while True:
print("LED is on")
GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH)
time.sleep(1)
print("LED is off")
GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)
time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
print("Exception: KeyboardInterrupt")
finally:
GPIO.cleanup()
永不停止的 while 迴圈
- 按 Ctrl+c 跳出迴圈
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$ cd ~
$ git clone https://github.com/piepie-tw/smart-relay
$ cd ~/smart-relay
$ python led_blink.py
讀寫 GPIO 會存取 /dev/mem, 需 root 權限
(2015-09-24 以後的 image 可以用一般使用者身份執行 )
執行方式
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實驗 3: 繼電器
目的 : 從 5V 到 110V
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●
繼電器是自動控制電路中的一種常用元器件 , 能
夠控制一組開關的通與斷 , 通常是通過電訊號進
行控制 , 或是通過磁 / 聲 / 光 / 熱形式來控制
繼電器 (Relay)
http://www.51hei.com/dianzi/3479.html
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●
用小電流去控制大電流的一種「自動開關」
功能
繼電器
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BB%A7%E7%94%B5%E5%99%A8
大電流
小電流
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●
COM(Common) 表示共接點
●
NO(Normally Open) 為常開接點 , 平常處於開路 ( 斷 ) 路
●
NC(Normally Close) 為常閉接點 , 平常處於閉路
內部構造和名詞縮寫
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BB%A7%E7%94%B5%E5%99%A8
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●
額定工作電壓
●
直流電阻
●
吸合電流
●
釋放電流
●
觸點切換電壓和電流
技術參數
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●
電磁式繼電器
●
熱敏乾簧繼電器
●
固態繼電器 (SSR)
●
光繼電器
繼電器種類
http://goo.gl/821qH6
光電耦合
電磁式
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光 ( 耦合 ) 兩路繼電器
https://www.sainsmart.com/products/2-channel-5v-relay-module
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●
額定工作電壓 :5V
●
吸合電流 : 直流 30V/10A, 交流 250V/10A
●
釋放電流 :15-20mA
●
觸點切換電壓和電流 : 低電位觸發
技術參數
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用繼電器控制 USB LED 燈
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全部設備
繼電器 插座頭 電源線
三用電錶
快速接頭
杜邦母線
USB LED 燈
5V 轉接器
一字螺絲起子
銅導線
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先連接繼電器和樹莓派測試
4
6
12
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先連接繼電器和樹莓派測試
NO 接點
COM 接點
VCC
IN1
GND
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先連接繼電器和樹莓派測試
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線路圖
Rpi Relay
Pin4 (5V) VCC (Red)
Pin6 (Ground) IN1 (Orange)
Pin12(GPIO18) GND (Black)
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●
RELAY_PIN = 12
GPIO.setup(RELAY_PIN, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)
●
try:
while True:
print("Relay is on")
GPIO.output(RELAY_PIN, GPIO.LOW)
time.sleep(2)
print("Relay is off")
GPIO.output(RELAY_PIN, GPIO.HIGH)
time.sleep(2)
except KeyboardInterrupt:
print("Exception: KeyboardInterrupt")
finally:
GPIO.cleanup()
低電位觸發
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DEMO
relay_switch.py
$ cd ~/smart-relay
$ python relay_switch.py
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接上電錶
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執行測試程式
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電源線和快速接頭
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將銅導線插到快速接頭
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將電源線和快速接頭接在一起
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開關和銅導線
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將銅導線 [ 直接 ] 插到開關裡
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將開關和電源線接在一起
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再接到繼電器上 ( 先不插到插頭 )
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將插座兩端接起來 ( 先不插到插頭 )
兩端接起來
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用電錶測試 ( 先不插到插頭 )
量測插頭兩腳
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執行測試程式 ( 先不插到插頭 )
繼電器打開時導通了
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確認沒問題了嗎？
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將插頭插上 ( 注意安全 !)
再插上插頭
先把 5V 轉接器和 USB LED 燈插上
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執行測試程式
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USB LED 燈亮了 !
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DEMO
relay_switch.py
$ cd ~/smart-relay
$ python relay_switch.py
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Raspberry Pi Rocks the World
Thanks