树莓派机载计算机的硬件资源使用样例教程

样例程序所在目录、Visual Studio Code程序导入与程序运行

执行树莓派硬件资源使用demo的前提是，用户已经使用NoMachine或者VNC Viewer远程登陆系统桌面，也可以直接通过树莓派4B上的Micro HDMI接口扩展连接显示屏，可以根据实际显示屏接口自行购买Micro HDMI转HDMI/VGA转换线。当局域网网络不稳定时，有线连接的方式会极大的提升开发效率，同时此方式也需要配备一组无线键盘、鼠标用于操作ubuntu系统。

进入系统桌面后，鼠标右键cindy的主文件夹，其中用户只有操作的文件放在rpi_python_opencv、catkin_ws、autostart三个文件夹下，

其中rpi_python_opencv用于存放树莓派硬件资源使用的样例程序、基于Python开发的OPENCV机器视觉基础与进阶样例

打开ubuntu桌面的visual studio code软件，点击左上角文件，选中rpi_python_opencv文件下后，点击确定后导入所有文件。

visual studio code会进入以下界面，用户直接在VS code软件中，编写python程序，对于已安装的第三方库会自动补全相关变量或函数。

1、GPIO口驱动RGB灯

在VS code下方命令窗口中（也可以CTRL+ALT+T在用cd命令进入该目录下），依次输入如下命令既可以观察gpio控制板载RGB的效果，其中RGB灯为共阴方式，高电平亮低电平灭。

cindy@cindy-desktop:~/rpi_python_opencv$ ls -l
总用量 44
drwxrwxr-x 2 cindy cindy  4096 1月   9 02:39 1树莓派资源样例
drwxrwxr-x 4 cindy cindy  4096 1月  13 18:31 2机器视觉基础例程
drwxrwxr-x 4 cindy cindy  4096 1月  15 04:31 3机器视觉进阶例程
-rw-rw-r-- 1 cindy cindy 15080 2月  11 21:33 main.py
-rw-rw-r-- 1 cindy cindy 14531 1月   8 22:53 main.pybackup
cindy@cindy-desktop:~/rpi_python_opencv$ cd 1树莓派资源样例/
cindy@cindy-desktop:~/rpi_python_opencv/1树莓派资源样例$ ls -l
总用量 56
-rw-rw-r-- 1 cindy cindy  1250 2月  24 21:21 1_gpio_rgb.py
-rw-rw-r-- 1 cindy cindy  2081 1月   8 17:43 2_hardwave_pwm.py
-rw-rw-r-- 1 cindy cindy   951 1月   8 17:10 3_uart_send.py
-rw-rw-r-- 1 cindy cindy   945 1月   8 18:01 4_uart_receive_and_send.py
-rw-rw-r-- 1 cindy cindy  2480 1月   9 02:04 5_i2c_mpu6050.py
-rw-rw-r-- 1 cindy cindy   839 1月   9 02:28 6_i2c_oled_1306_image.py
-rw-rw-r-- 1 cindy cindy  2342 1月   9 14:24 7_i2c_oled_1306_draw.py
-rw-r--r-- 1 cindy cindy 24629 1月   9 05:25 happycat_oled_64.ppm

最后运行1_gpio_rgb.py，程序运行的效果是RGB灯三色依次闪烁，并屏幕打印提示端口和运行状态。

python3 1_gpio_rgb.py

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xk98cOF3-1645889851215)(/image-20220224213340462.png)]

执行CTAL+C终止程序运行

2、硬件PWM的使用

预留出来的可用PWM口有四路，四个PWM口是GPIO12、GPIO13、GPIO18、GPIO19依次对应PWM0、PWM1、PWM2、PWM3，其中PWM0、PWM1两路PWM口与串口4的TXD、RXD复用，当初始化GPIO18、GPIO19为PWM口后，再需要将GPIO18、GPIO19用作串口时，必须重新启动树莓派系统。程序中通过pwm0_1_enable变量来控制PWM0、PWM1是否使用。

运行2_hardwave_pwm.py，程序运行的效果是输出频率为1000hz的PWM波，占空比从0_{100%，然后从100%}0，用户可以将PWM口接示波器、外接RGB灯或者万用表测平均电压的方式来观察PWM输出效果。

python3 2_hardwave_pwm.py

3、串口发送

扩展板引出了全部用户可用的5组串口，5组串口已经在树莓派系统启动配置文件中使能开启，用户可以直接使用，避免了传统ubuntu系统通过外接usb转ttl模块扩展串口资源的方式，降低了接线复查程度。用户可以在命令窗口中执行ls -l /dev/ttyAMA*命令来查看可用的串口设备。

同时用户可以执行cutecom调用cutecom串口调试工具对串口进行相关操作

在提供的示例中，默认操作的是UART4，用户也可以调整串口参数，更改成其它串口或者波特率等。

运行3_uart_send.py，程序运行的效果是输出串口打印“Hello,World”，用户可以外接usb转ttl模块，通过串口调试助手观察发送的数据。

python3 3_uart_send.py

4、串口接收并发送

本例程利用串口inWaiting()函数查询串口缓冲区数据长度，利用read()方法读取缓冲区数据，最后将接收到的数据通过write()方法发送出来，实现接收数据并转发回显的效果。

python3 4_uart_receive_and_send.py

5、I2C读取MPU6050数据

本例程利用I2C1口，挂载MPU6050设备，通过SMBus第三方库读取MPU6050数据，ubuntu系统启动文件中，已经对I2C硬件资源配置进行了使能，用户可以像单片机I2C编程一样直接使用I2C资源。同时当采用C/C++编程时可以采用wiringpi库对I2C资源进行编程。

树莓派系统查看I2C外设可以利用i2c-tools工具包执行如下指令实现。

sudo i2cdetect -y 1

可以看到I2C外设中存在地址未0x0e、0x68、0x76三组I2C设备，查询数据手册可知0x68即为MPU6050的地址，另外两组为IST8310磁力计、SPL06气压计的地址。查询I2C外设寄存器数据可以通过命令行：sudo i2cdump -y 1 0x68

寄存器写操作可以通过执行命令

sudo i2cset -y 1 0x68 0x6B 0x00
sudo i2cset -y 1 0x68 0x19 0x00
sudo i2cset -y 1 0x68 0x1A 0x02
sudo i2cset -y 1 0x68 0x1B 0x08
sudo i2cset -y 1 0x68 0x1C 0x10
最后执行
sudo i2cdump -y 1 0x68
对比前后对应寄存器地址数据是否变化

同时用户可以查看单个寄存器地址中的数据，例如读取传感器ID信息who am i寄存器信息，执行命令如下：

sudo i2cget -y 1 0x68 0x75

以上操作是利用i2c_tools工具包对I2C外设进行操作，提供的demo是读取MPU6050温度、加速度、陀螺仪数据，并通过串口打印显示出来，执行本例程需要确保I2C端口存在MPU6050外设，否则回导致I2C设备硬件读取出错。执行程序命令如下：

python3 5_i2c_mpu6050.py

6、I2C挂载SSD1306显示屏显示图像

本例程利用I2C1口，挂载SSD1306显示屏，利用Adafruit_SSD1306库函数实现图形显示，执行命令如下：

python3 6_i2c_oled_1306_image.py

7、I2C挂载SSD1306显示屏显示字符

本例程利用I2C1口，挂载SSD1306显示屏，首先利用PIL库生成ImageDraw方法，运用此方法在自定义图像中添加字符、数字等内容，最后用Adafruit_SSD1306图形显示函数刷新显示出来。本例程调用了python3中subprocess 模块，查看系统IP、运存、内存等信息，这部分内容初学者不需要了解。本例程执行命令如下：

python3 7_i2c_oled_1306_draw.py

方法，运用此方法在自定义图像中添加字符、数字等内容，最后用Adafruit_SSD1306图形显示函数刷新显示出来。本例程调用了python3中subprocess 模块，查看系统IP、运存、内存等信息，这部分内容初学者不需要了解。本例程执行命令如下：