Erste Schritte mit den Raspberry Pi GPIO -Stiften in Node.js

SitePoint Internet of Things Week Special! Diese Woche werden wir eine Reihe von Artikeln über den Schnittpunkt des Internets und der physischen Welt veröffentlichen. Behalten Sie also bitte die IoT -Tags im Auge, um die neuesten Updates zu erhalten.

Das Internet der Dinge ist heutzutage die Wut. Im Bereich Physical Computing haben wir viele Ideen, die in die Praxis umgesetzt werden können, und es ist leicht, die Welt zu programmieren, in der wir leben! Was kommt als nächstes?

In diesem Artikel wird untersucht, wie Node.js verwendet werden, um auf die GPIO -Stifte eines Raspberry Pi zuzugreifen. Mit dem GPIO -PIN können Sie die Hardware direkt programmieren. Die JavaScript -API macht diesen Prozess nahtlos. Diese APIs sind Abstraktionen gemeinsamer Techniken und sind von überall von überall zugänglich. Der Node.js Interpreter wird in einem einzigen Prozess ausgeführt, der neue Möglichkeiten zum Schreiben von Testable Code eröffnet. Der aufregendste Teil für mich ist, dass Sie Unit -Tests schreiben, Breakpoints drücken und Code wie jedes andere JavaScript -Programm überprüfen können, das alle auf Ihrem Computer durchgeführt werden können.

Beginnen wir an.

Schlüsselpunkte

• Auf die GPIO -Stifte (GPIO) des Himbeer -PI kann mit node.js zugegriffen werden, sodass die Hardware direkt programmiert werden kann. Diese Stifte sind wie Schalter, empfangen Eingaben oder senden die Ausgabe an die physische Welt, und die JavaScript -API macht diesen Prozess nahtlos.
• GPIO -API ist ein Wrapper zum Lesen oder Schreiben von Gerätedateien, und die Dateisystem -API ist möglicherweise ein Konzept, mit dem Sie bereits vertraut sind. In UNIX-ähnlichen Systemen verhält sich GPIO wie jede andere normale Datei, die Freiheit für den Umgang mit Lösungen bietet.
• Die testgetriebene Methode ist für das Internet der Dinge sehr geeignet. Im physischen Computer möchten Sie Hardware auf der ganzen Welt nicht zum Debuggencode versenden. Mit einem testgetriebenen Ansatz können Sie sofort Feedback erhalten und sicherstellen, dass die Lösung funktioniert.
• Verwenden der GPIO -API kann sie in einen Wrapper um das FS -Modul vereinfacht werden, wodurch sauberen und prüfbaren Code erstellt werden kann. Dieser Artikel zeigt dies unter Verwendung der effektiven Szintillator -Demonstration der gezeigten API.

Was ist GPIO?

gpio steht für allgemeine Eingabe/Ausgabe. Sie sind die Stifte neben der Raspberry Pi -Seite, der gelben Videoausgangssocket. So sehen sie aus.

Quelle: Raspberry Pi

Diese können als eine Möglichkeit angesehen werden, sich von einem Himbeer -Pi in die Außenwelt zu verbinden. Auf diese Weise können Sie Programme schreiben, die nicht auf Ihrem Computerbildschirm ausgeführt werden. Jeder Stift sieht aus wie ein Schalter, der ein- oder ausgeschaltet werden kann. Sie können Eingaben von der physischen Welt erhalten oder die Ausgabe senden. Die Basiskarte verfügt über 26 Stifte, von denen 9 Strom- oder Erdstifte sind. Der Erdungsstift befindet sich am Ende jeder Schaltung, wo der Strom fließen muss. Die aktualisierte Raspberry PI -Platine fügt außerdem einen zusätzlichen Satz von 14 Pins hinzu.

Wenn Sie mehr über die GPIO -Stifte erfahren möchten, enthält dieses Online -Diagramm alles, was Sie über jede PIN zur Verwendung wissen müssen. Es gibt unzählige Eingangs-/Ausgangs- und Erdungsstifte. Diese Stifte sind die Grundlage für das physische Computer. Abhängig von Ihrem Ziel können Sie so viele Stifte verwenden, wie Sie möchten.

simuliert FS!

Ich weiß, was Sie denken, was genau ist FS und warum muss ich mich darum kümmern? In einem Unix-ähnlichen Betriebssystem ist eine Gerätedatei ein Treiber, der wie eine Datei aussieht. Einfach ausgedrückt, der Gerätetreiber ist eine Datei! Erraten Sie, was? Die GPIO -API ist ein Wrapper zum Lesen oder Schreiben von Gerätedateien. Dateisystem -APIs können Konzepte sein, mit denen Sie bereits vertraut sind. Wenn Sie noch nie Dateien in node.js verwendet haben, schlage ich vor, dass Sie das FS -Modul und das Dateisystem in node.js. FS ist die Abkürzung für "Dateisystem", mit der Sie normale Dateien lesen oder schreiben können. Hier gibt es nichts Besonderes, nur was wir tun, ist zum Beispiel WriteFile (), damit der GPIO den Rest verhandelt. Der Trick besteht darin, zu wissen, welche Datei zum Schreiben geschrieben werden soll.

Es gibt ein bequemes NPM-Paket namens Mock-FS, das uns bei der Einheitsprüfung helfen kann. Mit dieser Bibliothek können Sie jede Datei in jedem Dateisystem im Speicher simulieren. Das Wichtigste ist, dass wir nur Dateien verarbeiten, und das ist alles, was wir tun müssen. In Unix-ähnlichen Systemen verhält sich GPIO genauso wie jede andere normale Datei. Dies gibt uns die Freiheit zu wählen, wie wir mit dieser Lösung umgehen sollen.

Der Kern der Mock-FS-Bibliothek ist die Mock ({}) -Funktion. Es empfängt einen Parameter, der ein JavaScript -Objekt ist. In diesem Parameter können Sie jede gewünschte Datei erstellen. Die Schönheit hier ist, dass alles im Gedächtnis läuft, sodass Sie so viel Testen von Einheiten durchführen können, wie Sie möchten. Der Interpreter wird in einem einzigen Prozess ausgeführt, was bedeutet, dass das FS -Modul zur Laufzeit überschrieben werden kann. JavaScript ist eine dynamische Sprache, sodass wir alle im aktuellen Prozess verfügbaren Module simulieren können.

Sobald Sie gute Unit -Tests auf GPIO geschrieben haben, ist die GPIO -Schnittstelle sinnvoller. Was mir gefällt, ist, dass Sie eine automatisierte Testabdeckung und eine saubere Lösung erhalten können. Unit -Tests verbessert die Lesbarkeit des Codes, da es Ihnen deutlich zeigt, wofür die API ist.

Also lass es uns tun.

Unit -Test alle Inhalte

Öffnen wir einen Pin mit "Out" und testen Sie ihn:

it('opens a pin with out', function (done) {
  mock({
    '/sys/class/gpio/gpio23/direction': ''
  });

  gpio.open(16, 'out', function () {
    const direction = fs.readFileSync('/sys/class/gpio/gpio23/direction').toString();

    should(direction).equal('out');

    done();
  });
});

Die Implementierung dieses Tests sollte den physischen Pin 16 auf BCM Pin 23 im GPIO abbilden. Die BCM -Nummer ist die Broadcom -Pin -Nummer, die der Kernel im Gerätetreiber sieht. Der GPIO -Gerätetreiber beschreibt den Speicherort der Gerätedatei. Wie gezeigt, um den Pin einzuschalten, schreiben Sie die Zeichenfolge "aus" in /Richtung. Dies sagt dem GPIO, dass wir diesen Pin schreiben möchten. Überprüfen Sie nach Abschluss, ob die Datei den erforderlichen Inhalt enthält. Mock stammt aus der Mock-FS-Bibliothek, der Standarddateisystem in node.js. Der Kernel gibt an, wo der Pfad - 3.18.x ist und sich später in/sys/class/gpio befindet.

Um an eine Pin auf der Tafel zu schreiben und zu testen, können Sie Folgendes tun:

it('writes to a pin with a high value', function (done) {
    mock({
      '/sys/class/gpio/gpio23/value': '0'
    });

    gpio.write(16, 5, function () {
      const value = fs.readFileSync('/sys/class/gpio/gpio23/value').toString();

      should(value).equal('1');

      done();
    });
  });

Es gibt Ähnlichkeiten zwischen gpio.open () und gpio.write (). Verwenden Sie einen Schreibvorgang, der in die /value -Datei schreibt. Für die Integritätsprüfung habe ich einen sehr hohen Wert von 5 geschrieben, aber wir erwarten nur, dass das Testergebnis 1 ist. GPIO erhält nur hohe oder niedrige Werte, genau wie binär.

Ich habe Implementierungsdetails von pi-gpio erhalten. Diese Bibliothek bietet Ihnen einen guten Überblick über jede PIN -Position. Sie können auch nach Gerätedateien im Kernel suchen. In jedem Fall ist es mein Ziel, Ihnen ein gutes Verständnis für die Grundlagen zu geben, damit Sie ein klares Bild erhalten können.

Lassen Sie uns verrückt werden, wie Sie in Unit -Tests Breakpoints treffen? Ich benutze Webstorm, um dies zu tun, und nutze wieder eine Möglichkeit, um dich wohl zu fühlen:

Der Schlüssel zur Verwendung einer angemessenen Programmiermethode besteht darin, die Rückkopplungsschleife zu verkürzen, die erforderlich ist, um Fehler zu finden. Unit -Tests sind eine großartige Möglichkeit, die Schleife festzulegen und ein sofortiges Feedback zu erhalten.

Der Einfachheit halber schreibe ich an einen einzelnen Pin. Der Rest des GPIO wird auf die gleiche Weise zusammengefasst. Öffnen Sie einen Stift und sagen Sie ihm, was Sie damit machen möchten. Lesen oder schreiben Sie Stifte, was auch immer Sie tun müssen. Die API auf niedriger Ebene ist die Gerätedatei, sodass Sie auswählen können, wie jeder PIN programmiert wird.

blinkende Demo

, um jeden Einheitstest anzubereiten, schauen wir uns einige häufige Variablen an:

var sysFsPath = '/sys/class/gpio/gpio';
var pinMapping = {
  '16': 23
};

oben habe ich die Pin -Karte und den Pfad zum Gerätetreiber im GPIO definiert. Der folgende Code sieht den Code zum Öffnen und Schreiben von Stiften:

function open(pinNumber, direction, callback) {
  const path = sysFsPath + pinMapping[pinNumber] + '/direction';

  fs.writeFile(path, direction, (callback || noOp));
}

function write(pinNumber, value, callback) {
  const path = sysFsPath + pinMapping[pinNumber] + '/value';
  value = !!value ? '1' : '0';

  fs.writeFile(path, value, 'utf8', callback);
}

function noOp() {}

Wie gezeigt, sollen alle Vorgänge Schreibfile () in die Gerätedatei schreiben. Wenn es keine Rückrufe gibt, ist NOOP ein virtueller Rückruf. Mit diesem Implementierungsdetail erhielt ich den Pass -Test und war mir sicher, dass dies funktionieren würde. Der Wert im Schreibvorgang stellt sicher, dass er auf hoch oder niedrig ('0' oder '1') eingestellt wird.

Schließlich eine gültige Szintillator -Demonstration unter Verwendung der oben gezeigten API:

gpio.open(16, 'out', function () {
  var on = 0;

  var blinker = setInterval(function () {
    gpio.write(16, on, function () {
      on = (on + 1) % 2;

      console.log('ON = ' + on);
    });
  }, 1000);

  setTimeout(function () {
    clearInterval(blinker);
  }, 12000);
});

setInterval () wird einmal eine Sekunde aufgerufen, und im Rückruf sage ich es, dass die Stifte mit dem Modul wechseln. Der Szintillator verfügt über Intervalle, SetTimeout (), um ihn nach 12 Sekunden zu löschen. Der Rückruf in setTimeout () vervollständigt die Arbeit und beendet das Programm.

Um den Beispielcode auszuführen, geben Sie:

ein,

sudo npm start

(Sie benötigen die Berechtigung der Administrator, um auf GPIO auf dem Raspberry Pi zuzugreifen)

Ich hoffe, dass der GPIO aus dieser Demo intuitiver aussieht. Es wird erwartet, eine Richtung zu verwenden, um einen Stift einzuschalten. Anschließend schreiben Sie die Stifte und lassen den GPIO den Rest der Details verarbeiten.

Schlussfolgerung

Die testgetriebene Methode ist für das Internet der Dinge sehr geeignet. Im Internet der Dinge ist Ihre Fantasie die Grenze. Der Raspberry Pi kann überall auf der Welt eingesetzt werden. Auf physischem Computer möchten Sie Hardware auf der ganzen Welt nicht zum Debuggencode versenden. Mit einem testgetriebenen Ansatz können Sie sofort Feedback erhalten und sicherstellen, dass die Lösung funktioniert. Sie können die Produktivität erhöhen und die Rückkopplungsschleife verschärfen.

Was ich an der GPIO -API mag, ist, dass sie zu einem Wrapper um das FS -Modul vereinfacht werden kann. Dies gibt Ihnen die vollständige Freiheit, sauberen und überprüfbaren Code zu schreiben.

Die verbleibenden Beispieldemos wurden auf GitHub hochgeladen.

FAQs auf node.js und gpio -Stifte auf Raspberry Pi

• Was ist Node.js und wie kann man ihn mit den GPIO -Stiften des Raspberry Pi verwenden? Node.js ist eine JavaScript -Laufzeitumgebung, mit der Sie JavaScript -Code auf einem Raspberry Pi ausführen können. Sie können es verwenden, um mit GPIO -Stiften (Allzweck -Eingang/Ausgang) zu steuern und zu interagieren, mit denen externe Hardwarekomponenten mit einem Raspberry PI verbunden werden.

• Verwendet Node.js und GPIO -Stifte auf einem Raspberry Pi eine spezielle Hardware? Sie benötigen je nach Projekt ein Raspberry PI -Board und möglicherweise einige externe Komponenten wie LEDs, Sensoren oder Relais. Um loszulegen, sollten Sie auch ein Stirnbrett und einige Springer haben, um diese Komponenten mit den GPIO -Stiften zu verbinden.

• Wie installiere ich Node.js auf einem Raspberry Pi? Sie können den APT -Paket -Manager oder den APT -Paketmanager oder den Download verwenden und auf der Website node.js installieren, um Node.js auf dem Raspberry Pi zu installieren. Stellen Sie sicher, dass Sie die ARM-kompatible Version von node.js für Ihr spezifisches Himbeer-PI-Modell verwenden.

• Was sind GPIO -Stifte und wie identifizieren Sie sie auf einem Himbeer -PI -Board? Der GPIO -Pin ist ein Pin auf dem Himbeer -Pi, der für digitale Eingänge oder Ausgänge verwendet werden kann. Sie sind mit Zahlen markiert und können mit GPIO -Pindiagrammen identifiziert werden, die für Ihr Raspberry PI -Modell spezifisch sind.

• Wie kann ich in Node.js zugreifen? Mit Bibliotheken wie RPI-GPIO, Onoff oder Pigpio können Sie in Node.js zugreifen. Diese Bibliotheken bieten APIs für die Kontrolle und Interaktion mit GPIO -Stiften im JavaScript -Code.

• In meinem Node.js -Projekt ist es möglich, GPIO -Pins für Eingabe und Ausgabe zu verwenden? Ja, Sie können die GPIO -Stifte als Eingang und Ausgabe in Ihrem Node.js -Projekt konfigurieren. Sie können die Anzahl der mit dem Eingangsstift angeschlossenen Sensoren lesen und SteuerungslEDs, Motoren oder andere Geräte, die mit den Ausgangsstiften verbunden sind.

• Ist es möglich, den GPIO -Pin in Node.js für PWM (Impulsbreitmodulation) zu verwenden, um Aufgaben wie Helligkeit oder Geschwindigkeit zu steuern? Ja, Sie können einige GPIO -Stifte auf dem Raspberry Pi verwenden, um Helligkeit, Motordrehzahl und mehr zu steuern. Bibliothek wie Pigpio unterstützt PWM und ist mit node.js.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonErste Schritte mit den Raspberry Pi GPIO -Stiften in Node.js. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!