Pi3基础学习套件 Lesson 5:流水灯

概述

在前面课程中我们介绍了如何用Raspberry Pi控制单个LED灯，在本课中我们将介绍如何用Raspberry Pi控制红、绿、白、黄8颗LED灯，每种颜色各两颗，实现流水灯的效果。

所需物料

1 * Raspberry Pi

1 * Breadboard

8 * LED

8 * Resistor (200Ω)

Jumper wires

1 * T-Extension Board

1 * 40-Pin Cable

工作原理

将8颗LED灯正极通过一个200Ω的电阻接到VCC上，LED负极分别连接B17、B18、B22-B25、B4，其中，B代表BCM编码，后面的数字代表BCM编码编号。所以raspberry Pi GPIO口只需要给LED负极一个电平（0V），LED灯就会亮起来，下图为原理图。

实物连接

将8颗LED灯插到面包板上，用跳线接到T型板对应端口上去，具体连接请参考下图。

还没画（o(╯□╰)o）

软件

我们将用两种C语言和Python脚本语言两种方式实现本课要求。如果你有多余显示器，直接把Pi和显示器连接起来；如果没有多余的显示器，可以通过远程登录Pi，具体操作请看考前面的文章。

Raspberry Pi Starter Kit Lesson 1: Get Started with Raspberry Pi

如果你是C语言用户，请参考下面步骤。

1)  在/home/pi目录下新建一个.c源文件

cd  ~

sudo  nano  flow_led.c

cd ~表示进入pi用户主目录；sudo表示以root权限执行命令；nano是一个文本编辑器；flow_led.c是你创建的.c源文件文件名，这个名字可以任意

2) 编码

#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>

首先要包含这个程序需要用到的头文件

//turn on LED --- custom function
void turn_on(int channel){
    digitalWrite(channel,LOW);
}

//turn off LED --- custom function
void turn_off(int channel){
    digitalWrite(channel,HIGH);
}

这是两个自定义函数。将LED所接端口号作为参数传入函数中，实现开关灯操作。这两个函数里面用到了wiringPi库里面的函数，有关wiringPi库的API请访问下面网页查看。

Reference

void setup(){
    int i;
    for(i=0;i<8;i++){
        pinMode(i,OUTPUT);
        digitalWrite(i,HIGH);
    }
}

通过一个for循环将LED的8个端口设置为输出模式，并将每个端口的初始电平设置为高电平（3.3V）。

int main(){
    int i;
    if(wiringPiSetup()==-1){
        printf("setup wiringPi failed!\n");
        printf("please check your setup\n");
        return -1;
    }
    
    setup();
    printf("\n");
    printf("\n");
    printf("********************************|\n");
    printf("|         Flow LED              |\n");
    printf("|   ------------------------    |\n");
    printf("|                               |\n");
    printf("|   LED_R1 connect to GPIO0     |\n");
    printf("|   LED_R2 connect to GPIO1     |\n");
    printf("|   LED_G1 connect to GPIO2     |\n");
    printf("|   LED_G2 connect to GPIO3     |\n");
    printf("|   LED_Y1 connect to GPIO4     |\n");
    printf("|   LED_Y2 connect to GPIO5     |\n");
    printf("|   LED_W1 connect to GPIO6     |\n");
    printf("|   LED_W2 connect to GPIO7     |\n");
    printf("|                               |\n");
    printf("|                               |\n");
    printf("|                         OSOYOO|\n");
    printf("********************************|\n");

    while(1){
        //turn led from left to right
        printf("|****************************|\n");
        printf("|         ----->>            |\n");
        printf("|    From Left To Right!     |\n");
        printf("|                            |\n");
        printf("|****************************|\n");
        for(i=0;i<8;i++){
            turn_on(i);
            delay(150);
            turn_off(i);
        } 
        //turn on from righ to left
        printf("|****************************|\n");
        printf("|         <);
        printf("|     From Right To Left!    |\n");
        printf("|                            |\n");
        printf("|****************************|\n");
        for(i=7;i>=0;i--){
            turn_on(i);
            delay(150);
            turn_off(i);
        }
    }
    return 0;
}

在main函数中调用了自定义函数setup对GPIO进行初始化，然后向终端打印LED与GPIO连接关系。在while循环中8个LED灯先从左到右点亮再从右到左点亮。

完整的程序源代码可以在命令行运行

sudo  wget http://osoyoo.com/driver/pi3_start_learning_kit_lesson_5/flow_led.c

3) 编译

运行 下面的命令编译你的c语言程序

gcc -Wall  -o  flow_led flow_led.c   -lwiringPi

其中，gcc是C语言编译器，有关gcc的详细使用请点击这里 ；-o参数用于指定编译后的可执行文件名，这个文件名可以随意命名,这里的flow_led就是编译后的可执行文件名称；-lwiringPi用于指定编译时候依赖的库文件。

4) 运行程序

在运行程序之前，先确定你有没有安装servobalster，可以通过下面的命令查看

ls /etc/init.d/servoblaster

如果输出如图所示，说明你已经安装servoblaster

如果输出下图所示信息，说明没有安装

如果你安装了servoblaster，在运行你的程序前，先运行下面的命令

sudo   /etc/init.d/servoblaster  stop

在命令行运行下面命令，执行程序

sudo  ./flow_led

5) 最终结果

程序运行起来后，LED灯从左边到右边依次点亮，再从右边到左边依次点亮。

对于python用户，请按照下面的步骤操作。

若你有多余的显示器，直接用显示器将Pi和显示器连接起来，就可以在Python 3（IDLE）变编写程序了，具体操作请看这里

https://osoyoo.com/2017/06/23/pi3%e5%9f%ba%e7%a1%80%e5%ad%a6%e4%b9%a0%e5%a5%97%e4%bb%b6-lession-2python%e7%82%b9%e4%ba%aeled/

若没有多余显示器，可以通过远程登录访问Pi，如何远程登录，请看这里

Raspberry Pi Starter Kit Lesson 1: Get Started with Raspberry Pi

我们这里以远程登录Pi为例，编写代码

1) 在/home/pi下新建一个flow_led.py文件

cd  ~

sudo  nano  flow_led.py

2) 编码

import RPi.GPIO as GPIO
import time

首先导入程序运行依赖的软件模块

# set 8 pins for 8 leds.
LedPins = [17,18,27,22,23,24,25,4]

这里用一个LedPins（list）列表定义8颗LED所用GPIO端口，其中LedPins是列表名。列表是python的一种数据类型，关于Python列表的更多信息请看这里。从列表中可以看出8颗LED灯分别接到了17,18,27,22,23,24,25,4（均为BCM编码）

#print message at the begining ---custom function
def print_message():
    print ('******************************')
    print ('|            flow leds       |')
    print ('|     ---------------------  |')
    print ('|   LED_R1 connect to GPIO0  |')
    print ('|   LED_R2 connect to GPIO1  |')
    print ('|   LED_G1 connect to GPIO2  |')
    print ('|   LED_G2 connect to GPIO3  |')
    print ('|   LED_Y1 connect to GPIO4  |')
    print ('|   LED_Y2 connect to GPIO5  |')
    print ('|   LED_W1 connect to GPIO6  |')
    print ('|   LED_W2 connect to GPIO7  |')
    print ('|        ----------------    |')
    print ('|                            |')
    print ('|                      OSOYOO|')
    print ('****************************\n')
    print ('Program is running...')
    print ('Please press Ctrl+C to end the program...')

自定义了一个函数向终端打印LED与GPIO的连接关系信息，关于如何定义函数请查看这里 了解更多信息。

#setup function for some setup---custom function
def setup():
    GPIO.setwarnings(False)
    #set the gpio modes to BCM numbering
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    #set all LedPin's mode to output,and initial level to HIGH(3.3V)
    GPIO.setup(LedPins,GPIO.OUT,initial=GPIO.HIGH)

这里用到RPi.GPIO软件包中的几个函数，其中GPIO.setwarnings(False)函数用于屏蔽掉GPIO口警告信息；GPIO.setmode(GPIO.BCM)函数将GPIO口设置成BCM编码；GPIO.setup(LedPins,GPIO.OUT,initial=GPIO.HIGH)将LedPins列表中的8个GPIO口配置成输出模式，并且初始电平是高电平。关于RPi.GPIO中常用函数使用方法请看这里。

def main():
    #print info
    print_message()
    while True:
        #turn LED on from left to right
        print("***********************")
        print("       ----->>         ")
        print("  From Left To Right!  ")
        print("***********************")
        for pin in LedPins:
            GPIO.output(pin,GPIO.LOW)
            time.sleep(0.2)
            GPIO.output(pin,GPIO.HIGH)
            pass

        #turn LED on from right to left
        print("***********************")
        print("       <)
        print("  From Right To Left!  ")
        print("***********************")
        for pin in reversed(LedPins):
            GPIO.output(pin,GPIO.LOW)
            time.sleep(0.2)
            GPIO.output(pin,GPIO.HIGH)

在main函数中先调用自定义函数print_message向屏幕打印信息，在while循环中嵌套两个for循环分别左至右点亮和从右至左点亮LED。在第二个for循环中用到了一个reversed函数，这是python标准库中的一个函数，关于它的使用请看这里。

在命令行运行下面的命令可以获取完整的Python源码

sudo  wget http://osoyoo.com/driver/pi3_start_learning_kit_lesson_5/flow_led.py

2 )运行python程序

在命令行输入一下命令运行你的程序

sudo  python  ./flow_led.py

3 )最终结果

程序运行起来后，LED灯从左边到右边依次点亮，再从右边到左边依次点亮。