将 GPIO 用于二进制输入

通用 I/O （GPIO） 引脚可配置为接收电信号作为输入。 在最基本的级别，这对于检测线路的打开/关闭的方案非常有用。 此类电路可能包括按钮、拨动开关、簧片开关、压力开关及其他设备，这些设备通过完成电路来表示二进制（开/关）值。

在本教程中，你将使用 .NET 和 Raspberry Pi 的 GPIO 引脚来检测线路的开始和关闭。

先决条件

• 基于 ARM 的单板计算机（ARMv7 或更高版本）（SBC）
• 跳线
• 面包板 （可选）
• 树莓派 GPIO 扩展板（可选）
• .NET SDK 8 或更高版本

确保设备上启用了 SSH。 对于 Raspberry Pi，请参阅 Raspberry Pi 文档中的 SSH 服务器设置。

准备硬件

使用硬件组件生成线路，如下图所示：

上图描绘了接地引脚和引脚 21 之间的直接连接。

根据需要，请参阅以下引脚分配关系图：

图片由 Raspberry Pi Foundation 提供。

创建应用

在首选开发环境中完成以下步骤：

1. 使用 .NET CLI 或 Visual Studio 创建新的 .NET 控制台应用。 将其命名 为 InputTutorial。

   dotnet new console -o InputTutorial
   cd InputTutorial
   

2. 将 System.Device.Gpio 包添加到项目。 可以从项目目录使用.NET CLI，或者使用Visual Studio。

   dotnet add package System.Device.Gpio --version 3.2.0-*
   

3. 将 Program.cs 的内容替换为以下代码：

   using System.Device.Gpio;
   using System.Threading.Tasks;
   
   const int Pin = 21;
   const string Alert = "ALERT 🚨";
   const string Ready = "READY ✅";
   
   using var controller = new GpioController();
   controller.OpenPin(Pin, PinMode.InputPullUp);
   
   Console.WriteLine(
       $"Initial status ({DateTime.Now}): {(controller.Read(Pin) == PinValue.High ? Alert : Ready)}");
   
   controller.RegisterCallbackForPinValueChangedEvent(
       Pin,
       PinEventTypes.Falling | PinEventTypes.Rising,
       OnPinEvent);
   
   await Task.Delay(Timeout.Infinite);
   
   static void OnPinEvent(object sender, PinValueChangedEventArgs args)
   {     
       Console.WriteLine(
           $"({DateTime.Now}) {(args.ChangeType is PinEventTypes.Rising ? Alert : Ready)}");
   }
   

   在前面的代码中：

   • using 声明创建 GpioController 实例。 声明 using 可确保对象被妥善处理，并正确释放硬件资源。
     • GpioController 实例化时没有参数，指示它应检测正在运行的硬件平台，并使用 逻辑引脚编号方案。
   • 通过 PinMode.InputPullUp 打开 GPIO 引脚 21。
     • 这会打开引脚，同时接入 PullUp 电阻器。 在此模式下，当引脚连接到地面时，它将返回 PinValue.Low。 当引脚与地断开连接并且电路处于开路状态时，引脚返回PinValue.High。
   • 初始状态使用三元表达式写入控制台。 使用 Read() 读取引脚的当前状态。 PinValue.High如果是，则会将Alert字符串写入控制台。 否则，它会写入 Ready 字符串。
   • RegisterCallbackForPinValueChangedEvent() 为引脚上的 PinEventTypes.Rising 和 PinEventTypes.Falling 事件注册回叫函数。 这些事件分别对应于引脚状态 PinValue.High 和 PinValue.Low。
   • 回调函数指向调用 OnPinEvent()的方法。 OnPinEvent() 使用另一个同时写入相应 Alert 或 Ready 字符串的三元表达式。
   • 主线程在等待引脚事件时无限期休眠。

4. 构建应用程序。 如果使用 .NET CLI，请运行 dotnet build。 若要在 Visual Studio 中生成，请按 Ctrl+Shift+B。

5. 将应用作为独立应用部署到 SBC。 有关说明，请参阅 将 .NET 应用部署到 Raspberry Pi。 请确保使用 指定可执行的 execute 权限chmod +x。

6. 切换到部署目录并运行可执行文件，在 Raspberry Pi 上运行应用。

   ./InputTutorial
   

   控制台显示类似于以下内容的文本：

   Initial status (05/10/2022 15:59:25): READY ✅
   

7. 断开引脚 21 与地面的连接。 控制台显示类似于以下内容的文本：

   (05/10/2022 15:59:59) ALERT 🚨
   

8. 重新连接引脚 21 和地面。 控制台显示类似于以下内容的文本：

   (05/10/2022 16:00:25) READY ✅
   

9. 按 Ctrl+C 终止程序。

祝贺！ 你已通过 GPIO 使用 System.Device.Gpio NuGet 包检测输入！ 此类型的输入有许多用途。 此示例可用于任何开关连接或中断线路的方案。 下面是一个示例，它与磁力开关一起使用，通常用于检测打开的门或窗户。

激光绊线

进一步扩展前面的示例概念，让我们看看如何将其应用于创建激光行程线。 生成激光绊线需要以下附加组件：

• KY-008 激光发射机模块
• 激光接收器传感器模块 （请参阅以下说明）
• 2 个 10K Ω 电阻

连接激光绊线硬件

按照下面的图示连接组件。

请密切关注 10KΩ 电阻。 它们可实现分压器。 这是因为激光接收器模块输出 5V 以指示梁已损坏。 Raspberry Pi 仅支持最多 3.3V 的 GPIO 输入。 由于将完整的 5V 发送到引脚可能会损坏 Raspberry Pi，接收器模块的电流通过电压除法器传递，将电压减半到 2.5V。

应用源代码更新

几乎可以使用之前的代码，但有一个例外。 在其他示例中，我们使用了 PinMode.InputPullUp，这样当引脚断开与地面的连接并且线路处于打开状态时，引脚会返回到 PinValue.High。

但对于激光接收器模块，我们没有检测到线路开路。 相反，我们希望将该引脚用作接收器，以接收激光接收器模块的电流。 在这种情况下，我们将使用 PinMode.InputPullDown 打开引脚。 这样一来，当引脚没有收到电流时，它将返回 PinValue.Low，而当它从激光接收器模块接收到电流时，将返回 PinValue.High。

controller.OpenPin(pin, PinMode.InputPullDown);

获取源代码

本教程的源 在 GitHub 上提供。

后续步骤