Python 在 Raspberry Pi 上构建物理项目

简介

Raspberry Pi 是一款常用于嵌入式系统开发的单板计算机，价格便宜，性能高，并且易于使用。Python 是一种流行的编程语言，支持面向对象编程、函数式编程、动态类型和动态语义等特性，在嵌入式系统中得到了广泛应用。本文将介绍如何使用 Python 在 Raspberry Pi 上构建物理项目。

Raspberry Pi 的硬件介绍

Raspberry Pi 的硬件包括处理器、存储设备、通信接口等组件。以下是 Raspberry Pi 的一些硬件组件：

处理器：Raspberry Pi 4 B 使用 Broadcom BCM2711 四核 Cortex-A72 处理器，主频为 1.5 GHz。
存储设备：Raspberry Pi 4 B 的内存大小有 2GB、4GB、8GB 可供选择。
通信接口：Raspberry Pi 4 B 的通信接口包括双频 WiFi、蓝牙 5.0、千兆以太网、USB 3.0 等。

Python 的概述

Python 是一种跨平台的编程语言，由 Guido van Rossum 于 1989 年开发而成。它有许多特点，以下是其中的一些：

简单易学：Python 的语法简单，并且代码易于阅读和理解。
跨平台：Python 可以运行在多个操作系统上，包括 Linux、macOS 和 Windows。
动态类型：Python 是一种动态类型的语言，程序员不需要显式地声明变量的类型。
垃圾回收：Python 使用垃圾回收机制，可以自动管理内存，使内存使用更加高效。

物理项目实践

在 Raspberry Pi 上构建物理项目，需要一个或多个传感器和执行器，如光敏电阻、LED 灯、舵机等。本文将以 LED 灯为例，介绍如何使用 Python 和 Raspberry Pi 控制 LED 灯。

准备物理硬件

首先需要准备一些硬件，包括：

Raspberry Pi 4 B
LED 灯
220 欧姆电阻
杜邦线

LED 灯的接口包含一个正极和一个负极。通常将正极连到 GPIO 引脚，负极连到电阻并将电阻的另一端连到地线。

以下是 Raspberry Pi GPIO 引脚的引脚号和 GPIO 编号对照表：

引脚号	GPIO 编号
1	3V3
2	5V
3	GPIO.2
4	5V
5	GPIO.3
6	GND

运行 Python 程序

使用 Raspberry Pi 与 LED 相连后，需要编写 Python 代码来控制 LED 灯。以下是一段简单的代码：

import RPi.GPIO as GPIO     ## 导入 RPi.GPIO 库
import time                 ## 导入 time 库

GPIO.setmode(GPIO.BCM)      ## 设置 GPIO 编号
GPIO.setup(2, GPIO.OUT)     ## 设置 GPIO 输出引脚

while True:
    GPIO.output(2, GPIO.HIGH)    ## 点亮 LED
    time.sleep(1)                ## 延时 1 秒钟
    GPIO.output(2, GPIO.LOW)     ## 熄灭 LED
    time.sleep(1)                ## 延时 1 秒钟

接下来，运行以上代码即可控制 LED 灯的开关。

控制 PWM 信号

Python 还可以控制 Pulse-Width Modulation（PWM）信号，用于控制 LED 灯的亮度。以下是一段控制亮度的代码：

import RPi.GPIO as GPIO
import time

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(2, GPIO.OUT)

pwm = GPIO.PWM(2, 100)
pwm.start(0)

while True:
    for dc in range(0, 101, 5):
        pwm.ChangeDutyCycle(dc)
        time.sleep(0.1)
    for dc in range(100, -1, -5):
        pwm.ChangeDutyCycle(dc)
        time.sleep(0.1)

pwm.stop()