Guia 2 - Programando um LED com a Labrador
Guia 2 - Programando um LED com a Labrador
Para que você possa contribuir com a Labrador, ou conduzir projetos em sala de aula, preparamos uma série de materiais que facilitarão o
desenvolvimento de soluções que envolvem a programação de sistemas embarcados.
Neste segundo guia você encontrará um exemplo de como programar um LED, enviando um sinal digital para uma das GPIOs disponíveis na
Labrador, para isso, utilize o Guia 2 disponibilizado abaixo:
Apps e Bibliotecas Necessárias:
Pré-Requisito: 1. Guia 1 - Preparando o Ambiente de Desenvolvimento
Introdução
Neste documento você encontra o passo a passo para programar um LED na placa Labrador. Para isso, utilizaremos a Linguagem de Programação
Python, com os recursos disponibilizados na Caninos SDK. A Caninos SDK consiste em um conjunto de pré-definições, elaboradas pelo time da
Caninos Education, com o objetivo de democratizar o processo de programação das GPIOs.
O processo de funcionamento é muito parecido com o que já existe em outras plataformas para desenvolvimento de sistemas embarcados. No
entanto, para que seja possível utilizar a Caninos SDK é necessário que você tenha realizado o primeiro experimento "Guia 1 -
Preparando o Ambiente de Desenvolvimento".
Ao final deste experimento você será capaz de:
1. Ligar e Desligar um LED utilizando Linguagem de Programação Python
2. Programar uma GPIO, escrevendo um sinal digital em uma porta de sua escolha
Observação 1
Para programar as GPIOs, enquanto a Caninos SDK estiver em modo de desenvolvimento, será necessário executar o Código 1 toda vez que você
reiniciar a sua placa.
Código 1. Definição de permissões para o uso das GPIOs:
sudo chown caninos /dev/gpiochip* sudo chmod g+rw /dev/gpiochip*
Observação 2
Sempre mantenha a biblioteca atualizada, para isso, execute o Código 2 no terminal antes de começar a desenvolver novas soluções com sua labrador.
Código 2. Definição de permissões para o uso das GPIOs:
pip3 install "gpiod==1.5.4"
Componentes necessários
- 1 Placa Labrador de 32 bits
- 1 LED
- 1 Resistor de pelo menos 330 Ω (no exemplo utilizamos 1kΩ)
- 2 Cabos MxF
Descrição do experimento
Para acendermos um LED precisamos enviar um sinal de tensão que permitia que, através de uma diferença de potencial, o LED seja capaz de
emitir um brilho. Desta forma, provocaremos esta diferença de potencial utilizando duas portas diferentes da Labrador. Uma delas será a porta
GND que permitirá uma conexão de um sinal de referência (0V) para o nosso LED. A outra será a pin15, que permitirá que programemos de fato o
LED, enviando ou não, sinais de tensão de acordo com o programa que iremos criar.
Desta forma, você deverá:
Montar o circuito necessário para conectar um LED junto a labrador, garantindo
- 1. O uso adequado de um resistor na montagem do circuito com o LED;
- 2. Que o pin15 seja a GPIO utilizada para a programação deste LED.
Em seguida, você deve escrever um código em Python, utilizando a biblioteca gpiod para que o LED acenda, seja estabelecida uma pausa de 1
segundo e então o LED apague.
Discutindo a montagem do circuito
Para lhe auxiliar no processo de montagem, utilize as portas destacadas na Figura 1. Esta figura consiste em um mapeamento de cada uma das
GPIOs disponíveis na sua placa Labrador. Na hora de montar o seu circuito revise pelo menos duas vezes!
Se aprofundando um pouco mais…
A placa Labrador, de acordo com a Figura 1, possuí um conjunto de portas de propósito geral, que servem tanto como entrada ou saída para sinais
digitais. No entanto, algumas delas estão reservadas para funcionalidades específicas da placa ou para que possam ser utilizadas para alimentar
circuitos que utilizaremos em nosso experimento. Por exemplo, a GPIO de número 1 está associada a uma tensão de 3.3V.
Neste experimento vamos programar um LED, acendendo-o e apagando-o em intervalos de meio segundo. Para isso, utilizaremos duas portas disponíveis
no labrador: a pin15 (ver Figura 1) que será utilizada para definir quando o LED deve acender e quando ele deve apagar. E a porta GND que será
utilizada como uma referência de tensão (0V) GND.
Você pode escolher qualquer uma das portas GND disponíveis, mas caso tenha dúvidas, confira a montagem na seção "Montagem do Circuito".
Discutindo a montagem do programa
Para programarmos a Labrador em Python precisaremos importar gpiod. Além disso, precisaremos importar a biblioteca time
para garantir as pausas de acordo com o enunciado (ver Código 3).
Código 3. Importando as bibliotecas necessárias:
import gpiod
import time
Após isso, precisamos criar uma variável para acessar os recursos da placa Labrador e em seguida, vamos habilitar o pin15 (nosso pin15) que
deverá ser definido como uma porta de saída. Veja o Código 4.
Código 4. Criando uma variável que guarda qual chip será usado para controlar o pin15:
A labrador possui 5 grupos de GPIO A, B, C, D, E como descrito na wiki [[1]] Onde:
0 = A
1 = B
2 = C
3 = D
4 = E
Dessa forma, o pino 15 é a GPIOC4, entao usaremos o gpiochip2 juntamente com a linha 4
chip = gpiod.chip('/dev/gpiochip2')
led = chip.get_line(4)
Note que de acordo com o Código 4 realizamos duas operações distintas. Na primeira, criamos uma variável chip e na segunda definimos que
o led está na linha 4.
Agora vamos configurar a requisição para interagir com o led:
Código 5. Configuração da requisição:
config = gpiod.line_request()
config.consumer = "led"
config.request_type = gpiod.line_request.DIRECTION_OUTPUT
led.request(config)
Código 6. O led (pin15) receberá um sinal de tensão 1 (5V):
led.set_value(1)
Código 7. O led (pin15) receberá um sinal de tensão 0 (0V):
led.set_value(0)
Veja que mantivemos o acesso a variável labrador, porém utilizamos o apelido que criamos no Código 4 para realizar as operações de acender e
apagar um led. Por fim, lembre-se que para realizar as pausas entre o comando de ligar e desligar o led, será necessário implementar um delay.
Para isso, utilize o comando disponível no Código 8.
Código 8. Comando de delay com o uso da biblioteca timer:
time.sleep(0.5)
Caso tenha alguma dúvida, consulte a seção "Código do Experimento".
Montagem do Circuito
Quando elaboramos um projeto que envolve o uso de microcontroladores é importante identificarmos que dois projetos distintos devem ser realizados:
1. A montagem dos recursos físicos do projeto (hardware) e;
2. a montagem do código de programação que permitirá o controle e acesso aos recursos disponibilizados pelo projeto físico.
O projeto físico neste experimento consiste em acender um LED utilizando a labrador como uma placa que permita o controle dos recursos
disponíveis no mundo real. A Figura 2 permite identificar a montagem de parte deste circuito, a que está associada a Labrador. Nesta
montagem especificamos uma GPIO para sinal de referência GND e outra GPIO (pin15) que será controlada via código de programação.
Veja a Figura 3 para observar a montagem do circuito do LED que será controlado. O LED possuí duas polaridades distintas. Visualmente,
podemos identificar a polaridade positiva com a perna do LED mais "cumprida", esta deve ser conectada em série com o resistor. Já a perna
mais "curta", de polaridade negativa, deve ser conectada em série com a conexão GND.
Na Figura 3 conectamos as outras pontas dos conectores que associamos à placa Labrador
na Figura 2. Após isso, conectamos nosso resistor, em série, para garantir que o sinal
enviado pela pin15 da labrador passe primeiro pelo resistor indicado na Figura 3, e
somente após isso seja transmitido ao LED. Por fim, conectamos o fio marrom na outra
extremidade do nosso led.
Código do Experimento
#importamos as bibliotecas necessárias para utilizarmos a labrador
import gpiod
#esta biblioteca permite gerar uma pausa na labrador (um delay)
import time
#criamos nossa variável chip, para uso dos recursos da placa
chip = gpiod.chip('/dev/gpiochip2')
led = chip.get_line(4)
#configurando a requisição
config = gpiod.line_request()
config.consumer = "led"
#ativamos o pino 15 (da labrador), como saída e definimos um apelido para ele
config.request_type = gpiod.line_request.DIRECTION_OUTPUT
led.request(config)
#um laço de repetição para 6 iterações
for i in range(0, 6):
#na labrador, acessamos o LED habilitado como saída (led)
#enviamos então, um sinal de 1 para o pin15
led.set_value(1)
#uma pausa de meio segundo
time.sleep(0.5)
#enviamos um sinal de 0 para o pin15
led.set_value(0)
time.sleep(0.5)