Raspberry Pi GPIO Programming with Python

•Python GPIO
•DHT Humidity&Thermo
• VERSION 1.5.2
• Release Date : 2016.11
Raspberry Pi for IoT
고 강 태
james@thinkbee.kr
https://www.linkedin.com/in/thinkbeekr/

GPIO Overview
GPIO는 INPUT, OUTPUT 기능을 수행
모든 pin은 Pull-up & down 저항을 내장
모든 pin은 3.3v (5v가 아니다.)
GPIO에 최대 전류는 50mA 정도
3 http://elinux.org/RPi_Low-level_peripherals

GPIO numbering
BCM numbering은 GPIO number라고도 한다.
4

Wiring Pi
GPIO Interface library for the Raspberry Pi
- BCM2835를 위한 GPIO 라이브러리
- GNU LGPLv3로 아두이노 'wiring'에 친숙
- 8개의 디지털 입출력, I2C, SPI, UART 제어 제공
- 커맨드라인 명령 제공해서 스크립트 환경에 적합
- http://wiringpi.com
8
WiringPi

Wiring Pi 다운로드
git을 이용해 다운받는다:
$ git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi.git
$ cd wiringPi
$ git pull origin
$ ./build
zip 압축 다운로드
https://git.drogon.net/?p=wiringPi;a=summary
9
WiringPi
최신 snapshot

10
WiringPi
$ gpio readall
+-----+-----+---------+------+---+---Pi 2---+---+------+---------+-----+-----+
| BCM | wPi | Name | Mode | V | Physical | V | Mode | Name | wPi | BCM |
+-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
| | | 3.3v | | | 1 || 2 | | | 5v | | |
| 2 | 8 | SDA.1 | IN | 1 | 3 || 4 | | | 5V | | |
| 3 | 9 | SCL.1 | IN | 1 | 5 || 6 | | | 0v | | |
| 4 | 7 | GPIO. 7 | IN | 0 | 7 || 8 | 1 | ALT0 | TxD | 15 | 14 |
| | | 0v | | | 9 || 10 | 1 | IN | RxD | 16 | 15 |
| 17 | 0 | GPIO. 0 | OUT | 1 | 11 || 12 | 0 | OUT | GPIO. 1 | 1 | 18 |
| 27 | 2 | GPIO. 2 | IN | 0 | 13 || 14 | | | 0v | | |
| 22 | 3 | GPIO. 3 | IN | 0 | 15 || 16 | 0 | IN | GPIO. 4 | 4 | 23 |
| | | 3.3v | | | 17 || 18 | 1 | OUT | GPIO. 5 | 5 | 24 |
| 10 | 12 | MOSI | IN | 0 | 19 || 20 | | | 0v | | |
| 9 | 13 | MISO | IN | 0 | 21 || 22 | 0 | IN | GPIO. 6 | 6 | 25 |
| 11 | 14 | SCLK | IN | 0 | 23 || 24 | 1 | IN | CE0 | 10 | 8 |
| | | 0v | | | 25 || 26 | 1 | IN | CE1 | 11 | 7 |
| 0 | 30 | SDA.0 | IN | 1 | 27 || 28 | 1 | IN | SCL.0 | 31 | 1 |
| 5 | 21 | GPIO.21 | IN | 1 | 29 || 30 | | | 0v | | |
| 6 | 22 | GPIO.22 | IN | 1 | 31 || 32 | 0 | IN | GPIO.26 | 26 | 12 |
| 13 | 23 | GPIO.23 | IN | 0 | 33 || 34 | | | 0v | | |
| 19 | 24 | GPIO.24 | IN | 0 | 35 || 36 | 0 | IN | GPIO.27 | 27 | 16 |
| 26 | 25 | GPIO.25 | IN | 0 | 37 || 38 | 0 | IN | GPIO.28 | 28 | 20 |
| | | 0v | | | 39 || 40 | 0 | IN | GPIO.29 | 29 | 21 |
+-----+-----+---------+------+---+----++----+---+------+---------+-----+-----+
| BCM | wPi | Name | Mode | V | Physical | V | Mode | Name | wPi | BCM |
+-----+-----+---------+------+---+---Pi 2---+---+------+---------+-----+-----+

LED + Switch
RPi-2
11
WiringPi
파일: rpi-led-sw-rpi2.fzz

sw_led_wipi.c
#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>
#define KEY 7 // Pysical 7
#define LED 0 // Pysical 11
int main(void) {
int pressed, i;
wiringPiSetup();
pinMode(KEY, INPUT);
pinMode(LED, OUTPUT);
while(1) {
pressed = digitalRead(KEY);
if(pressed) {
printf("Key pressed!!!n");
for(i = 0; i < 3; i++) {
digitalWrite(LED, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(LED, LOW);
delay(500);
}
}
delay(200);
}
return 0;
}12
WiringPi

Compile sw_led_wipi.c
WiringPi 라이브러리를 설치하고
$gcc -o swled_wipi sw_led_wipi.c -lwiringPi
$ sudo ./swled_wipi
13
WiringPi

RPi.GPIO API
RPi.GPIO는 Python에서 GPIO를 다룰수 있는 API
Python module
- https://pypi.python.org/pypi/RPi.GPIO
RPi.GPIO 문서
- https://sourceforge.net/p/raspberry-gpio-python/wiki/Home/
15

RPi.GPIO 설치
가상 환경 'mypython3' 에서 실행
$ mkvirtualenv -p python3 mypython3
(mypython3)pi@raspberrypi ~ $
rpi.gpio 모듈 설치 <-- GPIO 제어 모듈
(mypython3)pi@raspberrypi ~ $ pip install rpi.gpio
16

RPi.GPIO API 사용
모듈 선언
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO pin numbering
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # physical pin numbering
GPIO.setmode(GPIO.BCM) # BCM or GPIO pin numbering
GPIO channel : pin
GPIO.setup(channel, GPIO.IN) # 디지털 입력
GPIO.setup(channel, GPIO.OUT) # 디지털 출력
GPIO.setup(channel, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH) # Pull up or down
GPIO multi channel
chan_list = [11,12]
GPIO.setup(chan_list, GPIO.OUT)
17 https://sourceforge.net/p/raspberry-gpio-python/wiki/BasicUsage/

RPi.GPIO API 사용
GPIO read & write
GPIO.input(channel) # 디지털 값: 0 / GPIO.LOW / False or 1 / GPIO.HIGH / True.
GPIO.output(channel, state) # state 디지털 출력: GPIO.LOW, GPIO.HIGH, 0, False, True
GPIO multi channel output
chan_list = [11,12] # also works with tuples
GPIO.output(chan_list, GPIO.LOW) # sets all to GPIO.LOW
GPIO.output(chan_list, (GPIO.HIGH, GPIO.LOW))
GPIO cleanup
GPIO.cleanup()
GPIO.cleanup(channel) # 특정 채널
GPIO.cleanup( (channel1, channel2) )
GPIO.cleanup( [channel1, channel2] )
18 https://sourceforge.net/p/raspberry-gpio-python/wiki/BasicUsage/

Blink LED
19 파일: rpi-led2-220ohm.fzz

Blink LED
import time
def blink(pin):
GPIO.output(pin, GPIO.HIGH)
time.sleep(1)
GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
time.sleep(1)
return
channel = 17
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(channel, GPIO.OUT) #BCM NO
for i in range(0,50):
blink(channel)
GPIO.cleanup()
20 파일: gpio-led-blink.py

Switch & Blink LED
21 파일: rpi-led-sw-rpi2.fzz

Switch & Blink LED
import time
LED, SW = 17, 4
GPIO.setup(LED, GPIO.OUT)
GPIO.setup(SW , GPIO.IN)
print("Press the button")
while True :
GPIO.output(LED, False)
if GPIO.input(SW)==GPIO.HIGH:
print("Button pressed!")
GPIO.output(LED, True)
time.sleep(1)
print("Press the button (CTRL-C to exit)")
GPIO.cleanup()
22 파일: gpio-led-sw.py

다른 Switch와 LED
SW입력시 LED 출력을 "try ... except" 구문 사용
23
http://kocoafab.cc/tutorial/view/310

다른 Switch와 LED
import time
GPIO.setup(18, GPIO.IN)
GPIO.setup(23, GPIO.OUT)
try:
while True:
input_value = GPIO.input(18)
if input_value == False:
GPIO.output(23, True)
time.sleep(1)
else:
GPIO.output(23, False)
time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
GPIO.cleanup()
24
http://kocoafab.cc/tutorial/view/310

Pulse Width Modulation
PWM은 펄스 폭 변조로 디지털 신호를 발생한다. 즉 디지
털 기기에서 아날로그 결과를 얻기 위한 테크닉으로, 전
원인 on되는 시간을 펄스 폭이라고 하고, 펄스 폭을 조정
함으로 on과 off사이의 전압을 흉내낼 수 있다.
26
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
# 50hz 주기로 PWM 요청
p = GPIO.PWM(7, 50)
p.start(7.5)

Pulsing LED 회로
27 파일: rpi-PWM-led.fzz

Pulsing LED 코드
import time
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
p = GPIO.PWM(12, 50) # channel=12 frequency=50Hz
p.start(0)
try:
while 1:
for dc in range(0, 101, 5):
p.ChangeDutyCycle(dc)
time.sleep(0.1)
for dc in range(100, -1, -5):
p.ChangeDutyCycle(dc)
time.sleep(0.1)
except KeyboardInterrupt:
pass
p.stop()
GPIO.cleanup()
28
Switch 입력시 Pulsing하게 변경
해 보자

DHT11 Huminity & Temperature
DHT11 library 이용

DHT11 시나리오
33 파일: rpi-thermo-dht11.fzz

DHT11 라이브러리
DHT11 라이브러리
- https://github.com/szazo/DHT11_Python
새로운 dht11 작업 폴더를 만들고 라이브러리를 다운로드한다.
$mkdir dht11python && cd dht11python
$wget https://github.com/szazo/DHT11_Python/raw/master/dht11.py
$vi dht11python.py
35

dht11python.py
import dht11
# initialize GPIO
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.cleanup()
instance = dht11.DHT11(pin = 4)
result = instance.read()
if result.is_valid():
print("Temperature: %d C" % result.temperature)
print("Humidity: %d %%" % result.humidity)
else:
print("Error: %d" % result.error_code)
36
Wikidocs에서 파이썬 모듈 부
분을 다시한번 본다

dht11python.py
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_DHT.git
cd Adafruit_Python_DHT
sudo python setup.py install
#!/usr/bin/python
import sys
import Adafruit_DHT
humidity, temperature = Adafruit_DHT.read_retry(11, 4)
if humidity is not None and temperature is not None:
print 'Temp={0:0.1f}*C Humidity={1:0.1f}%'.format(temperature, humidity)
else:
print 'Failed to get reading. Try again!'
38
시스템 개발 라이브러리가 설치되어 있어야 한다.
sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential python-dev
Wikidocs에서 파이썬 모듈
부분을 다시한번 본다

HC-SR04
초음파 센서 HC-SR04 모듈은 초음파를 보내서 반사되는 시간
을 측정하여 거리를 계산한 결과를 제공
https://goo.gl/R1yVKG40
VCC Trig Echo GND
HC-SR04

동작 원리
- triger 핀에 10us 정도의 High 신호를 주면 초음파센서는
40khz 펄스를 자동적으로 8번을 발생
- 펄스를 발생시킨 직후에 echo 핀은 high 되고 반사된 초음파
가 감지 되었을때 echo 핀이 low 가 된다.
- echo 핀이 high였다가 low가 (Ton)되는데 걸리는 시간( 폭)을
측정
41
HC-SR04

시간,거리 계산
Trig 핀에서 요청후 Echo 핀 응답 시간을 이용해 거리를 계산.
소리의 속도는 343m/s, Trig 후 Echo 시간이 걸리므로 다음 식;
42
HC-SR04

Fritzing HC-SR04 part
Fritzing HC-SR04 를 다음 링크에서 다운로드
- https://code.google.com/p/fritzing/issues/detail?id=2637
다운로드한 파일을 더블클릭해 Fritzing으로
가져오기를 한다.
Fritzing의 Mine에 새로운 부품이 놓여진다.
43
HC-SR04

HC-SR04 구성
44
HC-SR04
파일:rpi-hc-sr04.fzz

gpio-hc-sr04.py
import time
TRIG = 23
ECHO = 24
print("Distance Measurement In Progress")
GPIO.setup(TRIG,GPIO.OUT)
GPIO.setup(ECHO,GPIO.IN)
GPIO.output(TRIG, False)
print("Waiting For Sensor To Settle")
time.sleep(2)
# 계속...
45
HC-SR04

gpio-hc-sr04.py
# 이어서...
GPIO.output(TRIG, True)
time.sleep(0.00001)
GPIO.output(TRIG, False)
while GPIO.input(ECHO)==0:
pulse_start = time.time()
while GPIO.input(ECHO)==1:
pulse_end = time.time()
pulse_duration = pulse_end - pulse_start
distance = pulse_duration x 17150
distance = round(distance, 2)
print( "Distance:",distance,"cm")
GPIO.cleanup()
46
HC-SR04
2~5초 사이에 한번씩 거리 측정
값을 출력하게 변경해 보자

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