PDF de programación - Manejando el mundo con la Raspberry Pi

Manejando el mundo con la Raspberry Pi (RPi)

2017/9/27
Àngel Perles

Contenido

● Objetivo
● Opciones de conexión

● bajo nivel: GPIO, SPI, I2C, UART
● CSI
● DSI
● USB

● Un caso práctico

● El problema
● El montaje
● El software
● WiringPi
● Probando

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Objetivo

● Tener criterio para seleccionar el tipo de dispositivos adecuado a cada

interfaz de la RPi

● Conocer básicamente software para acceder al subsistema de bajo

nivel

● Practicar con un ejemplo hardware + software

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Opciones de conexión

● Estos son las opciones y sus conectores para una RPi 2 modelo B

● Veamos qué podemos conectar. De “low-level” a “high-level”

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Opciones de conexión: bajo nivel

● El conector P1 incorpora las interfaces de bajo nivel

● General Pourpose Input/Out (GPIO)
● SPI e I2C
● UART

pin 2
pin 1

Ver http://elinux.org/RPi_Low-level_peripherals

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Opciones de conexión: bajo nivel

● Función asociada a los pines

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Opciones de conexión: bajo nivel

● GPIO

● Para hacer entrada/salida digital: abierto/cerrado, blanco/negro, grande/pequeño
● Nivel “0” -> 0 voltios, Nivel “1” -> 3,3 voltios
● Pines configurables como salida o como entrada
● Pull-up, pull-down programable
Ideal para
● Leer (sensar) botones, sensores de presencia, finales de carrera, ...
● Escribir (actuar) LEDs, relés, electroválvulas, motores ...

●

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Opciones de conexión: bajo nivel

● GPIO

● PEGA: poca corriente de salida, unos 15 mA por pin
● Hace falta algún tipo de amplificación para las cargas grandes
● NO PROBLEM: montones de plaquitas en el mercado

Placa de relés por 4 Eur.

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Opciones de conexión: bajo nivel

● GPIO

Vamos a trastear saltando al

“Ejemplo práctico”.

Después seguimos con las opciones

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Opciones de conexión: bajo nivel

●

I2C

●

“Inter-integrated circuit” es un bus de datos serie

● Pines: SCL (serial clock), SDA (serial data) y GND

●

Ideal para tener un chorro de sensores/actuadores sin requisitos de alta
velocidad
– Sensores digitales de temperatura, posición, magnetómetros, corriente
– Actuadores digitales sencillos
– Memorias donde se guardan pocas cosas (incluyendo tipo DNIe)
– Conversores anológico-digitales, digitales-analógicos lentos
– Reloj de tiempo real

● O lo montas tu o compras uno hecho. Miles en el mercado

Pantallita

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RTC

Memoria FRAM

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Opciones de conexión: bajo nivel

● SPI

● Serial Peripheral Interconnect
● Pines: MOSI, MISO (master-slave input-output), CEx (chip enable), SCK (serial

clock) y GND

● Pretende reemplazar buses paralelos con la ventaja de un serie sencillo

●

Ideal para chips con relativa alta tasa de transferencia
– Conversores analógico-digitales, digitales-analógicos rápidos,

acelerómetros, giróscopos, memoria serie (las SD son memorias serie)

– Pantallas TFT sencillas
– Extensores de puertos. CAPES

● O lo montas tu o lo compras hecho. Miles en el mercado

IMU

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TFT

Extensor PIFACE

¡Perfecto para
trastear!

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Opciones de conexión: bajo nivel

● UART

● Universal Asynchronous Receiver Transmiter
● El bus serie de toda la vida (RS-232, RS-485, ...)
● Desplazado por USB en el área de consumo
● Pero muy vivo en el área industrial
Ideal para dispositivos industriales
– GPS
– Básculas industriales
– Módulos GSM
– Monederos electrónicos

●

GPS

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BÁSCULA

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Opciones de conexión: CSI

● MIPI Camera Serial Interface

● Otro estándar del MIPI
● http://mipi.org/specifications/camera-interface
● Hay cámara oficial por 25 Eur. (Camera module v2)
● 8 megapixels
● hasta 1080p
● driver V4L (Video for Linux) siiiiiií. Perfecto para OpenCV, ...
● Pi Noir: versión infrarroja
(es la misma sin filtro IR)

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Opciones de conexión: DSI

● MIPI Display Serial Interface

● Una interfaz para paneles LCD estandarizada por MIPI
● http://mipi.org/specifications/display-interface
● Ha costado, pero ya hay una versión oficial
● Conseguir una pantalla económica y compatible es muy problemático

Típico de paneles
de móviles y tablets.

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Opciones de conexión: USB

● Universal Serial Bus 2.0 tipo host

● Universalmente conocido por la enorme diversidad de opciones
● Recordad lo del HUB

●

Ideal para dispositivos “complejos”: módem 3G, impresoras, Wi-Fi, Bluetooth,
cámaras, etc.

● Y no tan complejos: discos duros, teclados, ratones, conversores USB a RS-232,

RS-485, 1-wire, ...

● La PEGA son los drivers:

● Asegurarse antes de que hay driver para el Linux “mainstream”
● El driver debe ser de código abierto para que se pueda recompilar en la RPi

NOTA: Las marcas de estos dispositivos no se han elegido porque sí.
COMPRA productos que soporten oficialmente Linux: HP, Logitech, Transcend, ...

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Un caso práctico: el problema

● Quiero gestionar el llenado de un depósito. Tengo un sensor de

llenado que hay que leer y una válvula que hay que controlar

● Parece lógico usar la GPIO

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Un caso práctico: el montaje

● Ahora montamos las cosas (sustituyendo por componentes

desnudos y baratos para ver fluir electrones)
● LED, pulsador, 2 resistencias de 220 Ohms y cables

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Un caso práctico: el montaje

APAGAR LA PI. QUITAR ALIMENTACIÓN. MONTAR CON CAUTELA

BCM_GPIO 17

BCM_GPIO 18

NOTA IMPORTANTE: Se monta así por motivos didácticos.
Mala manera de hacer las cosas, pues se deberían proteger los pines.

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Un caso práctico: el software

● Vale ya he comprado, montado y conectado el cacharro

● MAL: primero nos aseguramos de que hay software para usarlos

● O son drivers que ya vienen en Linux “mainstream”
● O vienen en los repositorios generales o adicionales
● O están en código fuente y hay que compilarlos

● En Linux, los dispositivos suelen mostrarse en /dev/*

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Un caso práctico: software/wiringPi

● Primero nos debemos preocupar de la parte software
● Opción “a pelo”. Acceso como archivos

●

/sys/class/gpio/gpio

● $ echo 1 > /sys/class/gpio/gpio17/value

●

... y a complicarse la vida

● Opción “alguien ya se lo ha currado”.

●

recomendable la biblioteca “wiringPi”

● http://wiringpi.com/

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Un caso práctico: wiringPi

● wiringPi

●

●

●

funciones para la GPIO, I2C, SPI
soporta además las placas de extensión más populares: piface, gertboard, ...
y viene listo para algunos chips típicos: sensores de temperatura, conversores
AD, ...

● Viene en código fuente y está en un repositorio git
● ¿pega? ¡no!

● $ sudo apt-get install gcc
● $ sudo apt-get install git-core
● $ git clone git://git.drogon.net/wiringPi
● $ cd wiringPi
● $ ./build

NOTA: En la última Raspbian de fecha February 2016 ya está
instalado gcc, git y wiringPi. Estas usando esa, pero lo vamos a hacer
como pone aquí por didáctica

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Un caso práctico: probando

● Veamos si va. Probad:

● pi@raspberrypi ~ $ gpio -g mode 17 out
● pi@raspberrypi ~ $ gpio -g write 17 1
● pi@raspberrypi ~ $ gpio -g write 17 0

● Si va, pues hacemos un pequeño script

● pi@raspberrypi ~ $ cd
● pi@raspberrypi ~ $ mkdir test_pin
● pi@raspberrypi ~ $ cd test_pin
● pi@raspberrypi ~ $ leafpad test_pin & (suponemos terminal dentro X o

entubado X)

● guardar como “test_pin”
● pi@raspberrypi ~ $ chmod 700 ./test_pin
● pi@raspberrypi ~ $ ./test_pin

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Un caso práctico:probando

● Veamos el pulsador:

● pi@raspberrypi ~ $ gpio -g mode 18 up
● pi@raspberrypi ~ $ gpio -g read 18

●

y probar con el pulsador presionado o no

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