Adventskalender Raspberry Pi 2017

Transcriptie

1 Adventskalender Raspberry Pi 2017 Met een normale PC of zelfs een notebook eenvoudige elektronica sturen is ook wanneer het slechts een paar leds zijn voor de hobbyprogrammeur haast onbegonnen werk. De PC heeft daarvoor gewoon niet de noodzakelijke interfaces. Bovendien is het Windows-besturingssysteem niet geschikt om met elektronica te communiceren. De Raspberry Pi is hoewel hij er op de eerste gezicht er niet zo uitziet een volwaardige computer. Veel gaat een beetje langzamer, dan dat men van moderne pc s gewoon is, maar de Raspberry Pi is dan ook veel kleiner en vooral goedkoper dan een pc. Deze adventskalender bevat voor iedere dag een hardware-experiment met de Raspberry Pi. De experimenten worden met Scratch of Python geprogrammeerd. Beide programmeertalen zijn vooraf geïnstalleerd op de Raspberry Pi. Alle experimenten functioneren met de Raspberry Pi 3. De belangrijkste onderdelen kort uitgelegd Voorschakelbord Voor de snelle opbouw van elektronische schakelingen, zonder dat men moet solderen, bevat de adventskalender een voorschakelbord. Hier kunnen elektronische bouwdelen rechtstreeks in een gatenraster gestoken worden. De verbindingen op het voorschakelbord. Bij dit voorschakelbord zijn al de buitenste rijen via contacten (X en Y) met elkaar verbonden. Deze contactrijen worden vaak als positieve en negatieve polen voor de voeding van de schakelingen gebruikt. In de andere contactrijen zijn telkens vijf contacten (A tot E en F tot J) dwars met elkaar verbonden, waarbij in het midden van het bord een opening is. Zo kunnen hier grotere bouwelement ingestoken worden en naar buiten toe bedraad worden. Leds Leds (in het Nederlands: lichtemitterende dioden) lichten op, wanneer elektrische stroom in de stromingsrichting door hen stroomt. Leds worden in schakelingen met een pijlvormig driekhoeksymbool weergegeven, dat de stromingsrichting van de pluspool naar de minpool of naar de aardleiding aangeeft. Een led laat in de stromingsrichting bijna onbeperkt stroom door, ze heeft slechts een zeer lage weerstand. Om het debiet te beperken en daarmee een doorbranden van de led te verhinderen, wordt meestal tussen de gebruikte GPIO-pin en de anode van de led of tussen kathode en aardpin een 220-Ohm-weerstand ingebouwd. Deze weerstand beschermt ook de GPIO-uitgang van de Raspberry Pi tegen te hoge stroomsterkte. Bij de leds in de adventskalender is de weerstand al ingebouwd en ze kunnen daarom rechtstreeks aan de GPIO-pinnen aangesloten worden. Led in welke richting aansluiten? De beide aansluitingsdraden van een led hebben een verschillende lengte. De langere is de pluspool, de anode, de kortere de kathode. Eenvoudig te zien: het plusteken heeft een lijn meer dan het minteken en maakt daarmee de draad quasi een beetje langer. Bovendien zijn de meeste leds aan de minzijde afgeplat, vergelijkbaar met een minteken. Ook eenvoudig te zien: kathode=kort=kant. Schakelplan van een led met weerstand. RGB-leds Een normale led licht altijd slechts op in één kleur. De in de adventskalender gebruikte RGB-leds kunnen naar keuze in meerdere kleuren oplichten. Hierbij zijn in principe drie leds in verschillende kleuren in een transparante behuizing ingebouwd. Elke van deze drie leds heeft een eigen anode, via welke ze met een GPIO-pin verbonden wordt. De kathode, die met de aardleiding verbonden wordt, is slechts één keer beschikbaar. Daarom heeft een RGB-led vier aansluitingsdraden. Aansluitingspinnen van een RGB-LED. De aansluitingsdraden van RGD-leds hebben een verschillende lengte, waardoor ze duidelijk te herkennen zijn. Anders dan bij normale leds is de kathode hier de langste draad. RGB-leds functioneren zoals drie individuele leds en hebben dus ook drie weerstanden nodig. Deze zijn eveneens ingebouwd in de RGB-leds die in de adventskalender zitten. Weerstand Weerstanden worden gebruikt voor stroombegrenzing op gevoelige elektronische componenten zoals voorschakelweerstanden voor leds. De meeteenheid voor weerstand is ohm ohm komt overeen met één kilo-ohm, afgekort kohm kohm komt overeen met een mega-ohm, afgekort mohm. Vaak wordt voor de eenheid ohm ook het omega-teken Ω gebruikt.

2 Intern schakelplan voor een RGB-led met drie voorschakelweerstanden. De gekleurde ringen op de weerstanden geven de weerstandswaarde aan. Met een beetje oefening zijn ze duidelijk eenvoudiger te herkennen dan minuscule getallen, die men enkel nog op heel oude weerstanden vindt. De meeste weerstanden hebben vier van die gekleurde ringen. De eerste twee gekleurde ringen geven de cijfers weer, de derde een multiplicator en de vierde de tolerantie. Deze tolerantiering is meestal goudkleurig of zilverkleurig kleuren die op de eerste ringen niet voorkomen. Daardoor is de leesrichting altijd eenduidig. De tolerantiewaarde zelf speelt in de digitale elektronica bijna geen rol. De tabel toont de betekenis van de gekleurde ringen op weerstanden. Kleur Weerstandswaarde in ohm 1. Ring (tiental) 2. Ring (eenheid) 3. Ring (multiplicator) 4. Ring (tolerantie) Zilver 10 2 = 0,01 ±10 % Goud 10 1 = 0,1 ±5 % Zwart = 1 Bruin = 10 ±1 % Rood = 100 ±2 % Oranje = Geel = Groen = ±0,5 % Blauw = ±0,25 % Paars = ±0,1 % Grijs = ±0,05 % Wit = In welke richting een weerstand wordt ingebouwd, maakt niet uit. Bij leds daarentegen speelt de inbouwrichting een grote rol. Servo Een servo is een kleine motor met een arm, waaraan objecten bevestigd kunnen worden. Met een stuursignaal kan deze in een bepaalde hoek gedraaid worden. Servo s hebben drie verbindingskabels, twee voor de voeding, op de derde ontvangt de servo de stuursignalen. GPIO-verbindingskabel De gekleurde verbindingskabels hebben allemaal aan beide zijden een contrastekker, die op een GPIO-pin van de Raspberry Pi past. Leds en andere componenten kunnen rechtstreeks in deze contrastekkers gestoken worden. Daarnaast zijn pinlijsten inbegrepen, die in het voorschakelbord gestoken worden, om de verbindingskabel met de contactrijen te verbinden. Elke pinlijst beschikt over drie pinnen, die onafhankelijk van elkaar, dus niet elektronisch verbonden zijn. Contactoewijzing van de GPIO-pinnen.

3 Voorzorgsmaatregelen In geen geval mag men de GPIO-pinnen met elkaar verbinden en afwachten wat daarna gebeurt. Niet alle GPIO-pinnen laten zich vrij programmeren. Enkele zijn voor de voeding en andere doeleinden vast ingesteld. Enkele GPIO-pinnen zijn rechtstreeks met aansluitingen van de processor verbonden, een kortsluiting kan de Raspberry Pi compleet vernietigen. Verbindt men via een schakelaar of een led twee pinnen met elkaar, dan moet altijd een beschermingsweerstand daartussen geschakeld worden. Een uitzondering zijn de leds met ingebouwde voorschakelweerstand. Voor logische signalen moet altijd pin 1 gebruikt worden, die +3,3 V levert en tot 50 ma belast kan worden. Pin 6 is de aardleiding voor logische signalen. Pin 2 en 4 leveren +5V voor de voeding van externe hardware. Hier kan zoveel stroom verbruikt worden als de USB-netvoeding van de Raspberry Pi levert. Deze pinnen mogen echter niet met een GPIO-ingang verbonden worden. 1 e dag 1 rode led met ingebouwde voorschakelweerstand 1 GPIO-verbindingskabel Raspberry Pi voorbereiden Om de Raspberry Pi in gebruik te nemen, heeft men nodig: USB-toetsenbord en muis HDMI-kabel voor monitor Netwerkkabel MicroSD-kaart met besturingssysteem Raspbian Jessie Micro-USB-oplader voor mobiele telefoon als voeding (minstens 2 A) De voeding moet als laatste aangesloten worden, daarmee schakelt de Raspberry Pi automatisch aan. Er is geen eigen aan-/uitschakelaar. Installatie van het besturingssysteem in het kort Voor iedereen die zijn Raspberry Pi nog niet gebruiksklaar heeft met de actuele Raspbian-versie, volgt hier de systeeminstallatie in tien stappen: 1. NOOBS (minstens versie 2.0.0) van op de pc downloaden en het zip-archief op de harde schijf uitpakken. 2. Wordt de SD-kaart al gebruikt, met SD-formatter in de pc opnieuw formatteren: : Daarbij Format Size Adjustment inschakelen (de SD-kaart moet minstens 4 GB groot zijn). 3. De bestanden en submappen van NOOBS op de SD-kaart kopiëren. 4. SD-kaart uit de pc nemen, in de Raspberry Pi steken en booten. Helemaal onderaan Nederlands als installatietaal kiezen. Dan wordt automatische het Nederlandstalige toetsenbord gekozen. 5. Het vinkje bij het vooraf gekozen Raspbian-besturingssysteem zetten en bovenaan links op Install klikken. Na bevestiging van een controlevraag, dat de opslagkaart overgeschreven wordt, start de installatie, die een paar minuten duurt. 6. Na afgesloten installatie start de Raspberry Pi opnieuw op. 7. In het menu onder instellingen de tool Raspberry Pi Configuration starten. 8. Op het tabblad Lokalisatie in het veld Tijdzone de opties Europe en Amsterdam kiezen. Taalomgeving en toetsenbord zouden automatisch op Nederlands ingesteld moeten worden. 9. Op het tabblad Interfaces de schakelaar SSH op geactiveerd zetten, wanneer u via het netwerk gegevens van de pc op de Raspberry Pi wilt overzetten. 10. Op OK klikken en de Raspberry Pi via het menu-item Shutdown opnieuw opstarten. Een eventueel opduikende waarschuwing in verband met een onveilig paswoord kan genegeerd worden. Led licht op Het experiment toont, hoe leds worden aangesloten. Let erop, dat de led correct ingebouwd is. De kathode (korte draad) is met de GND-pin van de Raspberry Pi verbonden, de anode (lange draad) met de GPIO-pin 4. Steek de led gewoon rechtstreeks in de GPIO-verbindingskabel. Alle schakelingsontwerptekeningen zijn in de downloads van de adventskalender in kleur aangegeven, zodat u de bekabeling beter kunt herkennen. Onderdelen: 1 rode led met ingebouwde voorschakelweerstand, 2 GPIO-verbindingskabels

4 De eerste led licht op bij de Raspberry Pi. Het geheel wordt gestuurd via een programma in Scratch. Programma s voor downloaden De in de adventskalender gebruikte programma s en ontwerptekeningen kunt u hier downloaden: Geef voor dit product de code in het invoerveld in. Open de website direct met de op de Raspberry Pi vooraf geïnstalleerde browser en download het zip-bestand in de home-directory /home/pi. Start de file-manager op de Raspberry Pi. Hij toont bij het opstarten automatisch de home-directory. Klik met de rechtermuisknop op het gedownloade zip-bestand en kies in het menu Hier Uitpakken. Het archief bevat in totaal 25 directory s, elke dag is in een eigen directory opgeslagen. Daarnaast is er een algemene directory. Scratch is op de Raspberry Pi in het menu onder Ontwikkeling vooraf geïnstalleerd en geldt als een van de meest eenvoudig te leren programmeertalen. Sinds Raspbian Jessie ondersteunt Scratch de GPIO-interface van de Raspberry Pi. De GPIO-ondersteuning moet voor het eerste gebruik via het menu-item Bewerken/Start GPIO-server ingeschakeld worden. In Scratch hoeft men bij het programmeren geen programmacode in te typen. De blokken worden gewoon door drag-and-drop aan elkaar gehangen. Het blokpallet in het linkerdeel van het Scratch-venster bevat, op thema gerangschikt, de beschikbare blokken. U kunt het programma op het beeldscherm zelf samenstellen of het programma 01led01 uit de download van de adventskalender gebruiken. Kies daarvoor Openen in het menu Bestand en klik dan in het volgende dialoogvenster op het schakelvlak pi, om de persoonlijke home-directory te kiezen, waarin de gedownloade programma s zich bevinden. GPIO-Server in Scratch starten. Dit Scratch-programma 01led01 laat de led een halve seconde oplichten Klik in Scratch linksboven op het gele symbool sturing. Dan worden in het blokpallet links de blokken voor sturing weergegeven. Voor dit eerste programma hebben we enkel deze gele blokken nodig. Sleep de blokken, die u nodig heeft, gewoon uit het blokpallet in het scriptvenser in het midden van Scratch. Het blok Indien (groene vlag) aangeklikt, dient om een programma te starten. De volgende scriptelementen worden uitgevoerd, wanneer men op het groene vlaggetje rechtsboven in Scratch klikt. Het blok is bovenaan rond, en past dus onder geen enkel ander blok. Het moet altijd als eerste gezet worden. De GPIO-opdrachten worden via het Scratch-blok Verzenden aan allen doorgezonden. In het tekstveld worden de respectievelijke pin-aanduidingen en relevante trefwoorden ingevoerd. Klik daarvoor in het tekstveld in het blok, kies Nieuw/edit en voer de tekst in. Bij aanvang wordt de GPIO-pin4 met config4out als uitgang gedefinieerd. Elke GPIO-pin kan ofwel uitgang of ingang zijn. In de volgende stap wordt via een volgende Scratch-blok Verzenden aan allen met de tekst gpio4on, de aan de GPIO-pin 4 aangesloten led aangeschakeld. Daarna wacht het programma een halve seconde. Daarvoor biedt Scratch een eigen blok Wacht sec. aan. Scratch gebruikt zoals vele Amerikaanse programma s de punt als decimaal scheidingsteken, niet de in Nederland gebruikelijke komma. Een halve seconde wordt dus als 0.5 ingevoerd en niet als 0,5. Tenslotte wordt via een volgende Scratch-blok Verzenden aan allen met de tekst gpio4off, de aan de GPIO-pin 4 aangesloten led weer uitgeschakeld. start wanneer men rechtsboven in het Scratch-venster op het groene vlaggetje klikt. 2e dag 1 voorschakelbord (SYB 46) 1 groene led met ingebouwde voorschakelweerstand. 1 GPIO-verbindingskabel

5 2 pinlijsten (3 pinnen) Twee leds knipperen afwisselend rood en groen Het experiment van de 2e dag laat beide leds afwisselend rood en groen oplichten. Gestuurd wordt het geheel via een oneindige lus in Scratch. Onderdelen: 1 voorschakelbord, 1 rode led met ingebouwde voorschakelweerstand, 1 groene led met ingebouwde voorschakelweerstand, 3 GPIO-verbindingskabels, 2 pinlijsten (3 pinnen) Twee leds knipperen op de Raspberry Pi. Deze keer hebben we, zoals bij de meeste experimenten in deze adventskalender, een voorschakelbord nodig voor de opbouw van de schakeling. Gebruik de meegeleverde pinlijsten, om de GPIO-verbindingskabel op het voorschakelbord aan te sluiten. Bij aanvang worden de beide GPIO-pinnen 4 en 10 met config4out en config10out als uitgangen gedefinieerd. Een herhaaldelijk doorlopende lus zorgt ervoor, dat de beide leds voortdurend blijven knipperen, en wel zo lang, tot de gebruiker op het rode stop-symbool rechtsboven in Scratch klikt. Wanneer de rode led aan pin 4 aangeschakeld en de groene aan pin 10 uitgeschakeld is, wacht het programma een halve seconde. Daarna worden op dezelfde manier de groene led aan pin 10 aangeschakeld en de rode aan pin 4 uitgeschakeld. Na nog een halve seconde wordt de cyclus herhaald. 02led02 stuurt de beide leds. 3e dag 2 GPIO-verbindingskabels Twee leds knipperen met Python afwisselend rood en groen Het experiment van de 3e dag laat weer twee leds afwisselend rood en groen oplichten. We gebruiken deze keer echter Python in plaats van Scratch. Onderdelen: 1 voorschakelbord, 1 rode led met ingebouwde voorschakelweerstand, 1 groene led met ingebouwde voorschakelweerstand, 3 GPIO-verbindingskabels, 2 pinlijsten (3 pinnen) Twee leds knipperen op de Raspberry Pi. Python is op de Raspberry Pi eveneens vooraf geïnstalleerd, zelfs in twee verschillende versies. Python 3 is niet gewoon, zoals de naam doet vermoeden, een nieuwere versie van Python 2. De talen gebruiken deels een andere syntax. De programma s zijn dus niet één-op-één compatibel. Vele externe bibliotheken zijn slechts voor één van beide versies verkrijgbaar. Ontwikkelaars van Python-programma s moeten hun gebruikers dus steeds meedelen met welke versie een programma werkt. We gebruiken in deze adventskalender altijd het moderne Python 3. Start in het menu onder Ontwikkeling het programma Python 3. IDLE is een complete Python-shell en -ontwikkelingsomgeving. Voor het starten in de programmering zijn geen bijkomende componenten nodig. Open via File/Open het programma 03led02.py uit de download of open in de Python-shell via File/New een nieuw venster en typ het programma in. is een bijna exacte omzetting van het Scratch-programma van de 2e dag, echter met een belangrijk verschil: de leds knipperen niet voor altijd, maar exact tien keer.

6 #!/usr/bin/python GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(4, GPIO.OUT) GPIO.setup(10, GPIO.OUT) for i in range(10): GPIO.output(4, True) GPIO.output(10, False) time.sleep(0.5) GPIO.output(10, True) GPIO.output(4, False) time.sleep(0.5) Zo werkt het programma #!/usr/bin/python Python-programma s die via de opdrachtregel gestart worden, moeten bij aanvang altijd de bovenstaande regels bevatten. Bij programma s die enkel via Python-shell gestart worden, is dat niet nodig. Om redenen van compatibiliteit moet u het zich echter gewoon maken om deze regels bij aanvang van elk Python-programma in te voeren. Een groot voordeel van Python is de eenvoudige uitbreidbaarheid qua nieuwe functies uit functiebibliotheken. Voor vrijwel elke taak zijn er al kant-en-klare bibliotheken, zodat u vele standaardtaken niet meer zelf dient uit te voeren. De bibliotheek RPI.GPIO wordt voor de ondersteuning van de GPIO-pinnen geïmporteerd, de bibliotheek time bevat tijdsfuncties, bijvoorbeeld, om een nieuwe wachttijd tussen het knipperen van beide leds te realiseren. GPIO.setmode(GPIO.BCM) De bibliotheek RPi.GPIO ondersteunt twee methoden voor de beschrijving van de pinnen. In de modus BCM worden de bekende GPIO-poortnummers gebruikt, die ook in Scratch worden gebruikt. In de modus BOARD stemmen de benamingen overeen met de pin-nummers op de Raspberry-Pi-platine. Gewoonlijk wordt BCM gebruikt. Daarom en om de Python-programma s eenvoudiger te kunnen vergelijken met de Scratch-programma s, gebruiken we in deze adventskalender eveneens de modus BCM. GPIO.setup(4, GPIO.OUT) GPIO.setup(10, GPIO.OUT) De functie GPIO.setup initialiseert een GPIO-pin als uitgang of als ingang. De eerste parameter is de pin in overeenstemming met de voorgeprogrammeerde modus, BCM of BOARD, met zijn GPIO of pin-nummer. De tweede parameter kan ofwel GPIO.OUT voor een uitgang zijn of GPIO.IN voor een ingang. for i in range(10): Lussen met for werken een bepaald aantal herhalingen af. Daarbij kan in de parameter range() behalve een gewoon getal ook een waardenbereik of een berekeningsfunctie ingevoerd worden. Inspringingen zijn in Python belangrijk In de meeste programmeertalen worden programmalussen of keuzes aangegeven door een inspringing, om de programmacode overzichtelijker te maken. In Python dienen deze inspringingen niet alleen voor de overzichtelijkheid, maar zijn ze ook voor de programmalogica absoluut noodzakelijk. Daarvoor heeft men in deze programmeertaal geen speciale leestekens nodig, om lussen of keuzes af te sluiten. GPIO.output(4, True) GPIO.output(10, False) De regels die inspringen worden in elke lusherhaling één keer uitgevoerd. De functie GPIO.output stelt de status in van een GPIO-pin. Elke pin kan op twee verschillende toestanden ingesteld worden. True schakelt de pin in, False schakelt ze weer uit. De bovenstaande regels schakelen de led op GPIO-pin 4 in en de led op GPIO-pin 10 uit. time.sleep(0.5) wacht een halve seconde

7 GPIO.output(10, True) GPIO.output(4, False) time.sleep(0.5) Aansluitend wordt de led op GPIO-pin 10 in- en de led op GPIO-pin 4 uitgeschakeld. Daarna wacht het programma weer een halve seconde. De laatste regel springt niet meer in, hij wordt pas uitgevoerd, nadat de lus tien keer is herhaald. Op het einde van een programma moeten alle gebruikte GPIO-pinnen weer teruggezet worden, om waarschuwingen bij de volgende programmastart te vermijden. De bovenstaande regel maakt dat in één keer leeg voor alle door het programma geïnitialiseerde GPIO-pinnen. Pinnen, die door andere programma s geïnitialiseerd werden, blijven hierdoor onaangeraakt. Zo wordt het verloop van deze andere, mogelijk parallel lopende programma s niet verstoord. 4e dag 1 drukknop 1 pinlijst (3 pinnen) Leds met drukknop omschakelen Het experiment van de 4e dag schakelt de leds niet automatisch om, maar pas wanneer de gebruiker een drukknop gebruikt. Onderdelen: 1 voorschakelbord, 1 rode led met ingebouwde voorschakelweerstand, 1 groene led met ingebouwde voorschakelweerstand, 1 drukknop, 5 GPIO-verbindingskabels, 3 pinlijsten (3 pinnen) Leds met drukknop omschakelen werkt vergelijkbaar met dat van de 2e dag. Ook hier worden in een oneindige lus afwisselend de beide leds aan- en uitgeschakeld. Anders dan bij het vorige programma gebeurt de omschakeling niet na een bepaalde tijd, maar pas wanneer de gebruiker op de drukknop gedrukt heeft. 04drukknop01 stuurt de beide leds via een drukknop Bij aanvang wordt bijkomend bij de beide uitgangen GPIO-pin 7 als ingang gedefinieerd. Ingangen op de Raspberry Pi verwerken digitale logische signalen. Is een ingang met +3,3V verbonden, dan krijgt hij het signaal logisch High, wat Scratch als 1 evalueert, is de ingang met GND verbonden, dan krijgt hij het signaal logisch Low, wat Scratch als 0 evalueert. Opgelet Gebruik nooit de +5-V-pinnen van de Raspberry Pi voor logische signalen in schakelingen. 5V zullen de GPIO-ingangen overbelasten en de Raspberry Pi beschadigen. Een druk op de drukknop verbindt in onze schakeling de GPIO-pin 7 met +3,3 V. Laat men de toets weer los, dan krijgt de ingang een niet-gedefinieerde toestand, wat in de digitale elektronica niet mag gebeuren. Voor zulke gevallen beschikken alle GPIO-pinnen over zogenaamde pull-down-weerstanden, die een ingang, waar geen signaal is, automatisch op Low zetten. Definieer de GPIO-pin voor de drukknop met config7inpulldown, om de ingebouwde pull-down-weerstand aan de ingang te activeren. Als een led oplicht, wacht het systeem niet meer een bepaalde tijd, maar met een Wachten tot -blok, tot een bepaalde gebeurtenis intreedt, in dit geval totdat de GPIO-pin 7 de waarde 1 aanneemt, de drukknop dus ingedrukt wordt. Voor de query zelf is in het Wachten tot -blok een langwerpig veld met spitse uiteinden voorzien. Hier moet een blok uit het groene blokpallet Operatoren ingevoegd worden. Trek het blok met het = teken op het plaatsaanduidingsveld in het Wachten tot -blok. Deze operator is dan altijd waar, als de beide waarden links en rechts van het = teken gelijk zijn. In ons geval moet de waarde van de GPIO-pin 7 overeenkomen met de waarde 1. Het cijfer 1 staat voor High. Schrijf dus een 1 in het rechter van de

8 beide tekstvelden in het groene blok. Klik nu één keer op het groene vlaggetje rechtsboven, om het onvoltooide programma te starten. Daarmee worden de GPIO-pinnen gedefinieerd. Klik aansluitend weer op het rode stopteken. Voor de query van GPIO-ingangen wordt het blok Waarde van sensor uit het blauwe blokpallet Voelen gebruikt. Kies in het lijstenveld van het blauwe blok de sensor GPIO-7. Naast een aantal vooraf gedefinieerde sensoren kunnen alle GPIO-pinnen gekozen worden, die als ingang gedefinieerd zijn. Bijgevolg moet het programma één keer kort gestart worden. Trek dan het blauwe blok Waarde van sensor in het linkerveld van het groene blok binnen het Wachten tot -blok. Daarna wacht het programma met een Wacht sec.-blok 0,2 seconden. Daarmee wordt verhinderd, dat de drukknop meteen weer als ingedrukt beschouwd wordt, wanneer het programma verder loopt. De gebruiker heeft zo lang de tijd de drukknop weer los te laten. Pas dan zullen de leds omgeschakeld worden, en het programma wacht opnieuw tot de gebruiker op de drukknop drukt. Blokken dupliceren Bij de bouw van een Scratch-programma hoeft u soortgelijke blokken niet elke keer weer opnieuw aan te brengen. Klik met de rechtermuisknop op het eerste blok, dat gedupliceerd moet worden. De gedupliceerde blokken kunnen dan op de gepaste plaats in het programma weer ingevoegd worden. 5 e dag 2 GPIO-verbindingskabels Leds op de kerstpiramide met Python omschakelen van de 5e dag gebruikt Python, om twee leds met een drukknop om te schakelen. De leds kunnen deze keer op de kerstpiramide gestoken worden en zijn met GPIO-verbindingskabels rechtstreeks op de Raspberry Pi aangesloten. Onderdelen: 1 voorschakelbord, 1 rode led met ingebouwde voorschakelweerstand, 1 groene led met ingebouwde voorschakelweerstand; 1 drukknop, 6 GPIO-verbindingskabels, 1 pinlijst (3 pinnen) Twee leds op de piramide en een drukknop op het voorschakelbord De kerstpiramide Op de achterkant van de adventskalender bevinden zich twee delen om uit te snijden, die samengesteld een kerstpiramide vormen. De beide delen van de kerstpiramide. Vouw het ovale deel langs de opgedrukte lijnen en snijd op de beide delen de korte lijnstukken in. De ronde gaten in het driehoekig deel zijn voor de leds. Stel vervolgens de piramide samen zoals getoond op de afbeelding. Zo wordt de kerstpiramide samengesteld. Verschillend van het Scratch-programma van gisteren, licht in het Python-programma 05piramide01.py de rode led aan pin 4 alleen op, zolang de drukknop ingedrukt is. #!/usr/bin/python GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(4, GPIO.OUT) GPIO.setup(10, GPIO.OUT) GPIO.setup(7, GPIO.IN, GPIO.PUD_DOWN)

9 try: while True: if GPIO.input(7)==True: GPIO.output(4, True) GPIO.output(10, False) else: GPIO.output(10, True) GPIO.output(4, False) except KeyboardInterrupt: Zo werkt het programma GPIO.setup(7, GPIO.IN, GPIO.PUD_DOWN) Na de reeds bekende initialisering van de GPIO-pinnen voor de leds wordt pin 7 als ingang voor de drukknop geïnitialiseerd. De parameter GPIO.PUD_DOWN schakelt de interne pull-down-weerstand in. try: while True: Deze regels leiden een oneindige lus met afbrekingsmogelijkheid in. De while-lus loopt oneindig, omdat de voorwaarde True altijd waar is. De eerder geschakelde try-toewijzing laat echter een verdere onderaan bij except aangegeven afbrekingsvoorwaarde toe. if GPIO.input(7)==True: GPIO.output(4, True) GPIO.output(10, False) else: GPIO.output(10, True) GPIO.output(4, False) Het woord if (Engels voor als) staat voor een voorwaarde. Is ze vervuld, dan wordt het volgende inspringende programmadeel uitgevoerd. == is niet gelijk aan = Het dubbele = teken == staat voor een gelijkheidsquery, terwijl het gewone = teken = voor variabeletoewijzingen gebruikt wordt. Als de drukknop aan pin 7 ingedrukt is, heeft deze pin de waarde True. De led aan pin 4 wordt aangeschakeld, de led aan pin 10 uitgeschakeld. Achter het programmadeel, dat uitgevoerd wordt, wanneer de voorwaarde vervuld is, kan een ander blok met het sleutelwoord else staan. Het daaropvolgende programmadeel wordt uitgevoerd, wanneer de voorwaarde niet vervuld is. Is de drukknop aan pin 7 niet ingedrukt, dan wordt de led aan pin 10 aangeschakeld, de led aan pin 4 uitgeschakeld. except KeyboardInterrupt: Door het drukken van de toetsencombinatie [Ctrl]+[C] op het toetsenbord wordt de afbrekingsvoorwaarde geactiveerd. Daarmee wordt de lus beëindigd, en aansluitend worden de GPIO-pinnen teruggezet. 6e dag 1 gele led met ingebouwde voorschakelweerstand Scratch-kat schakelt leds De kat op het Scratch-podium, het deelvenster rechts bovenaan, is niet enkel de symboolfiguur van Scratch, maar ook een vrij programmeerbaar object, dat verschillende acties kan uitvoeren. In het experiment van de 6 e dag zal de kat over een achtergrond met drie strepen in verschillende kleuren groen, geel en rood lopen. Naargelang de kleur die de kat aanraakt, lichten de desbetreffende leds op.

10 Onderdelen: 1 voorschakelbord, 1 rode led met ingebouwde voorschakelweerstand, 1 gele led met ingebouwde voorschakelweerstand, 1 groene led met voorschakelweerstand, 4 GPIO-verbindingskabels, 2 pinlijsten (3 pinnen) De Scratch-kat schakelt drie leds. gebruikt het zogenaamde Scratch-podium, een grafisch uitvoervenster rechtsboven op het Scratch-beeldscherm. Het gebruikte achtergrondbeeld kan met het in Scratch meegeleverde tekenprogramma zelf getekend worden. 06kat01 laat de Scratch-kat drie leds sturen. Het tekenprogramma voor de achtergrond in Scratch. Om de achtergrond te veranderen, klikt u op de objectplaat rechts onderaan op het Scratch-beeldscherm op het witte symbool Podium. Het Scratch-programmavenster verschijnt leeg, omdat er geen programmablokken direct voor het podium gebruikt worden. Ga bovenaan naar het tabblad Achtergronden en klik op Bewerken. Daarmee start het tekenprogramma, dat deessentiële functies van een eenvoudig grafisch programma biedt. Met behulp van het rechthoekige symbool en het kleurenpallet links onderaan tekent u drie gekleurde balken, groen, geel en rood, op de achtergrond. Verlaat aansluitend het tekenprogramma met OK, klik op het objectpallet onderaan rechts op de kat, hier als Object1 aangeduid, en ga weer naar het tabblad Script, waar u het programma opbouwt. Na de start worden eerst de drie GPIO-pinnen voor de leds als uitgangen gedefinieerd: config4out, config22out, config11out. Daarna wordt de kat in de uitgangspositie aan de linkerkant van het podium op de groene balk gezet. Daarvoor gebruiken we het blok ga naar x: y: van het blokpallet Beweging. Daarmee wordt de kat op een absolute coördinatenpositie gebracht. Het Scratch-podium strekt zich in horizontale x-richting uit over de lengte tussen de coördinaten 240 en 240. Standaard staat de kat bij 0,0 precies in het midden. Omdat ze zelf ongeveer 100 coördinatie-eenheden breed is, komt ze op de in het blok geregistreerde coördinaten x:-150 y:0 op een goede uitgangspositie, om recht over het podium te lopen. Daarna start een herhalende lus, die een oneindige beweging van de kat genereert. Binnen deze lus loopt een andere lus, die exact 30 keer herhaald wordt. Omdat de kat bij elke stap 10 coördinatie-eenheden in x-richting gaat, bereikt ze na 30 herhalingen bij x:150 y:0 de draaipositie aan de rechterkant van het podium. Binnen de lus volgen drie als dan-query s, waarvan elke controleert, of de kat een bepaalde achtergrondkleur aanraakt. Is dat het geval, dan wordt het blok binnen de bovenste haakjes als uitgevoerd, indien niet, wordt het andere blok binnen de onderste haakjes dan uitgevoerd. Als controle gebruiken we het blok Wordt kleur aangeraakt van het blokpallet Voelen. Klikt u op het gekleurde veld in het blok, dan verschijnt het muisteken als een pipet, en kunt u de gewenste kleur op het Scratch-podium kiezen door haar aan te klikken. De eerste als dan-query controleert, of de kat de groene kleur van de middelste balk aanraakt. Is dat het geval, dan moet de led aan pin 11 aangeschakeld worden (gpio11on). Raakt de kat de groene balk op het moment van de query niet, dan wordt deze led uitgeschakeld (gpio11off). Volgens hetzelfde schema schakelt de tweede als dan-query bij aanraking van de gele balk de gele led aan pin 22 aan en uit. De derde als dan-query schakelt bij aanraking van de rode balk de rode led aan pin 4 aan en uit. Nu zet de kat een stap van 10 coördinatie-eenheden. Het blok Ga -e stap van het blokpallet Beweging beweegt een object relatief vanuit zijn actuele positie, in tegenstelling tot het bij aanvang gebruikte blok ga naar x: y:, die het object naar een absolute coördinatiepositie brengt. Opdat men de beweging goed kan volgen, wacht het programma na elke stap 0,2 seconden, voordat de binnenste lus weer opnieuw start en de kat de volgende stap zet. Heeft de kat na 30 stappen de rechterkant van het podium bereikt,dan moet ze zich 180 graden draaien. Daarvoor gebruiken we het blok Draai graden van het blokpallet Beweging. Opdat de kat na het draaien niet op haar kop komt te staan, activeert u het dubbele pijlsymbool bij de kat boven het scriptbereik. Daarna start de eindeloze lus, en de kat loopt weer terug. Omdat er enkel relatieve bewegingen gebruikt worden, hoeft men in het script geen

11 onderscheid te maken tussen het naar recht en naar links gaan. Dit symbool schakelt om tussen draaien en links-rechts-uitlijning. 7e dag 2 GPIO-verbindingskabels Leds met een smartphone-app schakelen Enkele schakelingen, die u met deze adventskalender opbouwt, worden via een mobiele app bediend. Hiervoor wordt een mobiele website geprogrammeerd en via de smartphone opgeroepen. De mobiele website werkt op elke smartphone met WLAN en een geïnstalleerde browser, en ook via de browser op de Raspberry Pi of uw pc kunt u de geprogrammeerde website gebruiken. Belangrijk is, dat de smartphone en de Raspberry Pi zich in het zelfde netwerk bevinden. Bovendien moet u de volgende acties ondernemen: Stap 1: Webserver installeren Stap 2: PHP5 installeren Stap 1: Webserver installeren Opdat de website op de Raspberry Pi kan worden gebruikt en van uw smartphone kan worden opgeroepen, moet u een webserver installeren. Wij gebruiken de Apache HTTP server. Voor de installatie opent u de LXTerminal via het menu Toebehoren. Geef in het geopende LXTerminal-venster de volgende opdracht in: sudo apt get install apache2 De webserver wordt nu gedownload en geïnstalleerd. Via de smartphone (of ook via de browser op de Raspberry Pi) kunt u de installatie meteen testen. Hiervoor heeft u het IP-adres van de Raspberry Pi nodig. Dat vindt u, wanneer u met de muis over het netwerksymbool rechts bovenaan op de desktop gaat. Door te klikken op het menu-item opent het invoerverzoek. De Raspberry-Pi-desktop geeft het IP-adres weer. Open de browser op uw smartphone en voer Adres Raspberry PI> in, het voorbeeld in het screenshot toont het adres De testpagina op de smartphone. Daarmee is de webserverinstallatie afgesloten. Het adres op uw Raspberry Pi zal waarschijnlijk anders zijn. U kunt de webserver ook via de browser op uw Raspberry Pi testen. Geef daarvoor het adres in, en u ziet de testpagina in de browser. Stap 2: PHP5 installeren De opdracht phpinfo() geeft systeeminformatie over de PHP-installatie weer in de vorm van een website. Nadat de webserver succesvol getest werd, moet u nog PHP5 installeren. Start daarvoor eerst de LXTerminal en actualiseer het systeem met de volgende oproep: sudo apt get update Installeer PHP5 met de volgende opdracht: sudo apt get install php5 Aansluitend moet u de installatie testen. Hiervoor blijft u in de LXTerminal. Wissel met de opdracht cd /var/www naar de directory en voeg schrijfrechten toe voor alle gebruikers voor de HTML-directory /var/www/html : chmod R a+w html Via cd html wisselt u naar de HTML-directory en maak met touch phpinfo.php een leeg bestand met de naam phpinfo.php. Dit bestand opent u voor bewerking met de opdracht nano phpinfo.php. Typ de volgende broncode in het bestand: <?php

12 phpinfo();?> Sla het bestand op via de sneltoets [Ctrl]+[O]. De editor vraagt naar een bestandsnaam. Bevestig de keuze met de [Enter]-toets. Sluit de editor af via [Ctrl]+[X]. Open het bestand in de browser via op uw smartphone of via in de browser van de Raspberry Pi. Omzetting van het project Nu heeft u al het nodige gedaan voor de omzetting van de eerste mobiele app. Vervolgens bouwen we de schakeling op. Hiervoor hebben we de volgende onderdelen nodig. Onderdelen: 1 voorschakelbord, 1 rode led met ingebouwde voorschakelweerstand, 2 GPIO-verbindingskabels, 2 pinlijsten (3 pinnen) Via de app wordt een led aangeschakeld, en deze schakelt na de ingestelde tijd weer uit. Voor het aansturen van de led wordt het Python-programma 07led.py uit de directory dag07 gebruikt. De led gaat aan en na een seconde weer uit. De duur van oplichten kunt u beïnvloeden met time.sleep(1). De parameter is de duur in seconden, in dit geval dus één seconde. #!/usr/bin/python GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(4, GPIO.OUT) GPIO.output(4, True) time.sleep(1) De app De mobiele website maakt u aan de hand van een sjabloon. Deze vindt u in de directory app_sjabloon in het downloadarchief. In de directory bevinden zich het bestand index.php en de directory css. In de directory css zitten de formatsjablonen voor de mobiele app. Het bestand index.php is de eigenlijke sjabloon voor de app. Deze sjabloon zult u op verschillende dagen nodig hebben. Stap 1: Sjabloon in de directory van de webserver kopiëren De inhoud van /var/www/html/dag07 na het kopiëren van de sjabloon. Open de LXTerminal en wissel naar de directory /var/www/html: cd /var/www/html Maak in deze directory een nieuwe directory aan met de naam dag07: mkdir dag07 De directory zou er nu moeten uitzien zoals in de afbeelding hiernaast. Nu kunt u de sjabloon in de browser van de Raspberry Pi via openen. Stapt 2: Sjabloon aanpassen De gekopieerde sjabloon in de browser van de Raspberry Pi. De aangepaste sjabloon in de browser van de Raspberry Pi. Open aansluitend het bestand index.php uit de directory dag07, waarin u nano index.php in de LXTerminal invoert. In het bestand ziet u onder andere het volgende blok: <form action="index.php" method="post"> </form> Dit blok stelt een formulier samen, waarmee u commando s aan de webserver en dus aan de Raspberry Pi kunt versturen. Om de led aan te

13 schakelen, heeft u een schakelvlak nodig. Wijzig het blok als volgt: <form action="index.php" method="post"> <input name="licht_aan" id="licht_an" type="submit" value="licht aan" style="background color: #4180C5"> </form> Daarmee maakt u een blauw schakelvlak aan met de tekst Licht aan. Als u de kleur wilt wijzigen, verander dan de waarde in background color. Om de tekst te wijzigen, wijzigt u die bij value. Sla het bestand op met [Ctrl]+[O] en sluit de editor af via [Ctrl]+[X]. Open via opnieuw het bestand index.php in de browser. Nu moet het sjabloon nog verbonden worden met het Python-script. Het oproepen van het script gebeurt via PHP. Wijzig het begin van het bestand index.php als volgt: <head> <?php if ($_POST["licht_aan"]) { echo shell_exec( sudo /var/www/html/dag07/07led.py ); }?> <title>conrad Raspberry Pi Adventskalender</title> Door te klikken op het schakelvlak Licht aan wordt een post-request verzonden, dat door de pagina geëvalueerd wordt. Via $_POST heeft u toegang tot de verzonden waarde. Bij de definitie van het schakelvlak hebben we de ID en de naam van het schakelvlak op licht_aan gezet: <input name="licht_aan" id="licht_aan" type="submit" value="licht aan" style="background color: #4180C5"> In de If-query wordt via $_POST["licht_aan"] gecontroleerd, of er op het schakelvlak gedrukt werd (de waarde wordt enkel dan meegeleverd). In dit geval wordt het Python-script via echo shell_exec opgeroepen. Daarmee is de mobiele website al klaar. Wanneer u nu de pagina in de browser opent en op het schakelvlak drukt, gebeurt er nog niets. U moet eerst de juiste rechten instellen. Stap 3: Rechten instellen U kunt nu het licht via de smartphone aanschakelen. Open opnieuw de LXTerminal en ga naar cd /var/www/html/dag07 in de directory van dag 7. Geef het bestand het uitvoeringsrecht: chmod a+x 07led.py Nu moet u nog toestaan dat de webserver dit script mag uitvoeren. Geef daarom de volgende opdracht in: sudo visudo Voeg dan deze regel in: www data ALL=(ALL) NOPASSWD: /var/www/html/dag07/07led.py Sla het bestand op via [Ctrl]+[O] en sluit met [Ctrl]+[X]. Stap 4: App testen U bent erin geslaagd en kunt de app op uw smartphone testen. Start de browser op uw smartphone, roep de pagina op via Raspberry Pi/dag07/index.php en druk op het schakelvlak Licht aan. Nu zou het licht moeten aangaan. 8e dag 1 drukknop Leds dimmen Leds kunnen twee verschillende toestanden aannemen, aan en uit. Hetzelfde geldt voor de als digitale uitgangen gedefinieerde GPIO-poorten. Derhalve is het theoretisch niet mogelijk een led te dimmen. Met een truc, slaagt men er toch in de helderheid van een led aan een digitale GPIO-poort te regelen. Laat men een led snel genoeg knipperen, dan neemt het menselijke oog dat niet meer als knipperen waar. De als pulsbreedtemodulatie (PBM) benoemde techniek produceert een pulserend signaal, dat zich in met korte tussenpozen aan- en uitschakelt. De spanning van het signaal blijft altijd dezelfde, enkel de verhouding tussen Level

14 False (0 V) en Level True (+3,3 V) wordt gewijzigd. De drukverhouding geeft de verhouding weer van de lengte van de ingeschakelde toestand tegenover de totale duur van een schakelcyclus. Hoe kleiner de drukverhouding, des te korter is de oplichttijd van de led binnen een schakelcyclus. Daardoor wordt de led donkerder dan een permanent aangeschakelde led. Componenten: 1 voorschakelbord, 1 gele led met ingebouwde voorschakelweerstand, 2 drukknoppen, 6 GPIO-verbindingskabels, 3 pinlijsten (3 pinnen) Links: drukverhouding 50 % rechts: drukverhouding 20 %. De beide drukknoppen dimmen de led. Een van de GPIO-verbindingskabels wordt gebruikt om twee contactrijen van het voorschakelbord te verbinden, via welke de beiden drukknoppen aan de +3,3-V-Pn van de Raspberry Pi zijn aangesloten. Een van de beide drukknoppen laat de led stapsgewijs helderder oplichten, de andere bij elke keer drukken een stap donkerder. Variabelen in Scratch Variabelen zijn kleine opslagplaatsen, waarin een programma, een getal of iets anders zich bevindt. Wanneer het programma wordt afgesloten, worden deze opslagplaatsen automatisch leeggemaakt. Variabelen moeten in Scratch op het blokpallet eerst een keer aangemaakt worden voor men ze kan gebruiken. Aansluitend kunt u het symbool van de nieuw aangemaakte variabelen uit het blokpallet in een daarvoor voorzien veld van een blok in het programma trekken. Op het blokpallet staan verschillende blokken om variabelen uit te lezen en te wijzigen ter beschikking. 08pwm01 dimt een led via twee drukknoppen. Bij aanvang definieert het programma de GPIO-pin 4 als uitgang met PWM-functie. Bij een zo gedefinieerde pin biedt Scratch speciale functies voor het sturen van een PWM-signaal aan. Daarna wordt de vooraf gedefinieerde variabel pwm op de waarde 0 gezet. In deze toestand is de PWM-pin compleet uitgeschakeld. Daarna bevraagt een oneindige lus de twee drukknoppen, wijzigt, wanneer één ervan ingedrukt wordt, de variabele pwm en zet de GPIO-pin 4 aansluitend op de nieuwe waarde. De als-query s controleren met een en-blok twee voorwaarden, die beide vervuld moeten zijn, om de variabele pwm hoger of lager in te stellen. Enerzijds moet de drukknop ingedrukt zijn, anderzijds mag de variabele pwm niet over de grenswaarde van 500 of 0 gaan. Daarom wordt bij het verhogen gecontroleerd of ze nog kleiner dan 500 is, bij het verkleinen moet ze groter dan 0 zijn. Voor elke variabele wordt op het blokpallet Variabelen een blok aangemaakt, dat u in andere Scratch-blokken kunt gebruiken, om de inhoud van deze variabelen te evalueren. Het blok Wijzig met verandert een variabele relatief ten opzichte van de actuele waarde. In ons geval worden er 10 bijgevoegd of afgetrokken. Ongeacht het resultaat van de beide als-query s, wordt de GPIO-pin aansluitend op de actuele waarde van de variabelen gezet. Daarvoor gebruiken we het blok Verbindt, dat twee willekeurige teksten met elkaar verbindt, waarbij ze achter elkaar worden gehangen. Getallen worden daarbij als tekst behandeld, dus niet toegevoegd, maar achter elkaar gehangen.

15 Schrijf in het eerste veld van het blok de string gpio4pwm en trek de variabele pwm in het tweede veld. Op deze manier zet u een PWM-pin op een bepaalde waarde. De led licht op met de ingestelde helderheid, daarna start de oneindige lus opnieuw een bevraagt weer, of een drukknop ingedrukt is. 9e dag 1 pinlijst (3 pinnen) Leds met Python dimmen Het experiment van de 9e dag dimt een led met twee drukknoppen via een Python-programma. Het principe lijkt op het Scratch-programma van dag 8. Onderdelen: 1 voorschakelbord, 1 gele led met ingebouwde voorschakelweerstand, 2 drukknoppen, 6 GPIO-verbindingskabels, 3 pinlijsten (3 pinnen) De beide drukknoppen dimmen de led. 09pwm01.py toont hoe PWM-signalen met Python afgegeven worden. #!/usr/bin/python GPIO.setmode(GPIO.BCM) LED = 4 T1 = 16 T2 = 7 GPIO.setup(LED, GPIO.OUT) GPIO.setup(T1, GPIO.IN, GPIO.PUD_DOWN) GPIO.setup(T2, GPIO.IN, GPIO.PUD_DOWN) pwm = 0 p = GPIO.PWM(LED, 50) p.start(pwm) try: while True: if GPIO.input(T1)==True and pwm<100: pwm += 10 if GPIO.input(T2)==True and pwm>0: pwm = 10 p.changedutycycle(pwm) time.sleep(0.1) except KeyboardInterrupt: p.stop() Zo werkt het programma LED = 4 T1 = 16 T2 = 7 Voor de nummers voor de led en de beide gebruikte GPIO-pinnen gebruiken we deze keer variabelen. Dat maakt het programma overzichtelijk, omdat men meteen ziet, welke pin bedoeld wordt. Bovendien laat de schakeling zich eenvoudig ombouwen, men hoeft maar op één plaats de desbetreffende pin te wijzigen. p = GPIO.PWM(LED, 50)

16 De functie GPIO.PWM() uit de GPIO-bibliotheek is beslissend voor de uitgave van PWM-signalen. Deze functie heeft twee parameters nodig, de GPIO-pin en de frequenties van het PWM-signaal. In ons geval wordt de GPIO-pin via de variabele LED vastgelegd, de frequentie is 50 Hertz (oscillaties per seconde). Waarom 50 Hertz de ideale frequentie voor PWM is Het menselijk oog neemt lichtwissels sneller dan 20 Hertz niet waar. Omdat het wisselstroomnetwerk in Europa een frequentie van 50 Hertz gebruikt, knippert veel verlichting met deze frequentie. Knippert een led met meer dan 20 Hertz, maar minden dan 50 Hertz, dan kan dit interfereren met andere lichtbronnen, waardoor het dimeffect niet meer gelijkmatig verschijnt. GPIO.PWM() maakt een zogenaamd object aan, dat in de variabele p opgeslagen wordt. Zulke objecten zijn veel meer dan simpele variabelen. Objecten kunnen verschillende eigenschappen hebben en via methoden beïnvloed worden. Methoden worden door een punt gescheiden direct na de objectnaam aangegeven. p.start(pwm) De methode start() start het genereren van een PWM-signaal. Daarvoor moet nog een drukverhouding aangegeven worden. In ons geval is de drukverhouding 0, die eerder in de variabelen pwm opgeslagen werd. De led is dus altijd uitgeschakeld. In tegenstelling tot Scratch, waar de PWM-waarden tussen 0 en 500 liggen, gebruikt Python waarden tussen 0 en 100, die overeenstemmen met het percentage van tijd, gedurende welke de pin binnen een frequentiecyclus ingeschakeld is. Een PWM-waarde van 25 laat de led dus een vierde van de tijd oplichten en gedurende de overige tijd in de cyclus uitschakelen. try: while True: if GPIO.input(T1)==True and pwm<100: pwm += 10 if GPIO.input(T2)==True and pwm>0: pwm = 10 Dan start weer een oneindige lus, die vervolgens de beide drukknoppen bevraagt en vergelijkbaar met het Scratch-programma de variabele pwm wijzigt, zolang de grenzen niet worden bereikt. p.changedutycycle(pwm) In elke lus zet de methode ChangeDutyCycle() de drukverhouding van het PWM-object op de actuele waarde van de variabele pwm. time.sleep(0.1) Daarna wacht het programma 0,1 seconde tot aan de volgende lusdoorloop. Daarmee wordt verhinderd dat toevallig langer drukken op de drukknop als meerdere drukken op de knop beschouwd wordt. except KeyboardInterrupt: p.stop() Bij de drukken van de toetsencombinatie [Ctrl]+[C] op het toetsenbord, wordt voor het terugzetten van de GPIO-pinnen het PWM-signaal beëindigd. 10e dag 2 GPIO-verbindingskabels Leds met app dimmen Het experiment van de 10e dag dimt een led via een mobiele app. Voor de opbouw van de schakeling heeft u de volgende onderdelen nodig: Onderdelen: 1 voorschakelbord, 1 rode led met ingebouwde voorschakelweerstand, 1 gele led met ingebouwde voorschakelweerstand, 4 GPIO-verbindingskabels De beide led worden via een mobiele app gedimd. Het dimmen van de leds gebeurt via een app. Voor het naar boven en naar beneden dimmen is er een schakelvlak. Bij het drukken op het schakelvlak wordt een Python-script uitgevoerd. Omdat het twee acties zijn, zijn ook twee programma s nodig. Voor het naar boven dimmen heeft

17 u het programma 10pwm_op.py nodig: #!/usr/bin/python #10pwm_op.py GPIO.setmode(GPIO.BCM) LED = 4 GPIO.setup(LED, GPIO.OUT) pwm = 0 p = GPIO.PWM(LED, 50) p.start(pwm) while pwm<100: pwm += 5 p.changedutycycle(pwm) time.sleep(0.1) p.stop() Voor het naar beneden dimmen is er het programma 10pwm_ab.py: #!/usr/bin/python #10pwm_ab.py GPIO.setmode(GPIO.BCM) LED = 22 GPIO.setup(LED, GPIO.OUT) pwm = 100 p = GPIO.PWM(LED, 50) p.start(pwm) while pwm>0: pwm = 5 p.changedutycycle(pwm) time.sleep(0.1) p.stop() De App Mocht u de webserver en de PHP5 nog niet geïnstalleerd hebben, gelieve dan de stappen van dag 7 te volgen. Voor de omzetting van de app moet u dezelfde vier stappen als op dag 7 doorlopen. Stap 1: sjabloon in de directory van de webserver kopiëren Eerst moet u weer de sjabloon app_sjabloon in een directory op de webserver kopiëren. Volg daarvoor stap 1 bij de app van de 7e dag. Noem uw directory dag10 in plaats van dag07. Stap 2: sjabloon aanpassen Open het bestand index.php uit de directory dag10 door het ingeven van nano index.php in de LXTerminal. Voeg bij het form-block noodzakelijke schakelvlakken toe: <form action="index.php" method="post"> <input name="hoog" id="laag" type="submit" value="hoogdimmen" style="background color: #4180C5"> <input name="laag" id="laag" type="submit" value="haagdimmen" style="background color: #4180C5"> </form> Daarmee maakt u twee schakelvlakken aan met de tekst Hoogdimmen en Laagdimmen. Sla het bestand op met [Ctrl]+[O] en sluit de editor af via [Ctrl]+[X]. Open dan opnieuw het bestand index.php in de browser

18 Nu moet nog de sjabloon met de beide Python-scripts verbonden worden. Wijzig hiervoor het begin van het bestand index.php als volgt: <head> <?php if ($_POST["hoch"]) { echo shell_exec( sudo /var/www/html/dag10/10pwm_op.py ); } elseif ($_POST["laag"]) { echo shell_exec( sudo /var/www/html/dag10/10pwm_ab.py ); }?> <title>conrad Raspberry Pi Adventskalender</title> Daarmee is de mobiele website klaar, en kunt u overgaan tot het instellen van de rechten. Stap 3: de rechten instellen Open opnieuw de LXTerminal en ga naar cd /var/www/html/dag10 in de directory van de 10 e dag. Geeft het script in van het uitvoeringsrecht: chmod a+x 10*.py Nu moet u nog toestaan, dat de webserver dit script mag uitvoeren. Roep daarom de volgende opdracht op: sudo visudo Nu kunt u het licht via de smartphone dimmen. Voeg de volgende regels in: www data ALL=(ALL) NOPASSWD: /var/www/html/dag10/10pwm_op.py www data ALL=(ALL) NOPASSWD: /var/www/html/dag10/10pwm_af.py Sla het bestand op via [Ctrl]+[O] en sluit met [Ctrl]+[X]. Stap 4: app testen U bent erin geslaagd en kunt de app op uw smartphone testen. Start de browser op de smartphone, ga naar de pagina via Raspberry Pi/dag10/index.php en u kunt het licht dimmen. 11e dag 1 Servo Servo sturen Een servo is een kleine motor, die een servo-arm of een ander beweeglijk onderdeel in een bepaalde positie draait. De meeste servo s hebben een draaibereik van 180 graden, en maken dus niet zoals klassieke motoren veel opeenvolgende omwentelingen. Componenten: 1 servo, 1 pinlijst (3 pinnen); 3 GPIO-verbindingskabels Servo met een Scratch-programma sturen. De servo wordt bij dit experiment zonder voorschakelbord via een GPIO-verbindingskabel en een pinlijst rechtstreeks op de Raspberry Pi aangesloten. De rode en de zwarte draad dienen voor de voeding, op de gele draad ontvangt de servo het besturingssignaal. Scratch biedt speciale codes voor het besturen van een servo, in andere programmeertalen wordt dit gedaan via een PWM-signaal. 11servo01 bestuurt een servo via invoer op het toetsenbord. Deze keer bestaat het programma uit meerdere onafhankelijke blokken, die via verschillende gebeurtenissen geactiveerd worden. Bij een klik op het groene vlaggetje in Scratch wordt pin 18 als uitgang voor het besturingssignaal van de servo gedefinieerd, en de variabele s wordt op 0 gezet. Deze wordt gebruikt voor het besturingssignaal. Scratch levert de servo een besturingssignaal, dat overeenstemt met een percentage van de maximale beweging in één richting. Bij 0% staat de servo in de middelste stand, bij 100% in een hoek (meestal ongeveer 90 graden), bij -100% in