树莓派初体验

吃灰很久的树莓派总算拿出来用了几下了, 浅浅记录一下.

给 apt 换源

这个 Ubuntu 和树莓派(debian)什么的基本上一样.

编辑/etc/apt/sources.list, 用 vi/vim 或 nano 啥的都没什么所谓.

sudo vim /etc/apt/sources.list

注释掉其它东西, 加上这个东西.

deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/debian bookworm main contrib non-free-firmware
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/debian-security bookworm-security main contrib non-free-firmware
deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/debian bookworm-updates main contrib non-free-firmware

然后编辑/etc/apt/sources.list.d/raspi.list

sudo vim /etc/apt/sources.list.d/raspi.list

注释其它东西, 加上这个

deb https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspberrypi bookworm main

完成之后运行这个

sudo apt update
sudo apt full-upgrade

这样就换好了.

使用 wiringPi

玩树莓派主要还是因为接口吧, 如果只是为了 linux 的话感觉不如 wsl.

如果用 python 的话需要下载其他库, 我这里打算用 c, 下载 wiringPi

拉取 wiringPi 代码

sudo apt install git # 如果没有git的话
git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi.git

导航至代码根目录并编译代码

cd WiringPi
./build debian

安装 wiringPi, 这里可能版本不一样, 注意一下拉取的版本

mv debian-template/wiringpi-xxx.deb .
sudo apt install ./wiringpi-xxx.deb

这样就安装好了, 可以使用gpio readall看看自己的 gpio 接口.

之后要编译使用 wiringPi 的代码时, 要带上 wiringPi

gcc -o app app.c -lwiringPi

即使不写代码, 也可以通过这个库来做一些简单的事情.

可以拿一个 led 灯或者发光二极管什么的, 我买的 led 模块带 gnd, vcc, in, 使用gpio readall查看自己的引脚, 看着图插一下.

gnd 对应地线, 插 Name 为 0V 的, vcc 是电源, 插 Name 为 3.3V 或者 5V 的. in 的话找个 Name 以 GPIO 开头的引脚就可以了.

使用这个命令来设置引脚的状态

gpio mode 引脚编号 out

这个引脚编号是 wiringPi 的编号, 对应 wPi, 不要找成 BCM 了. 找刚刚插 in 的引脚.

然后可以用这个命令来控制高低电平

gpio write 引脚编号 1 # 0的话就是低电平

没意外的话 led 灯该亮了, 调成低电平就不亮.

gpio read 引脚编号

这个可以查看某个引脚的电平

一般是用程序来控制引脚情况而不是在命令行控制. 可以参考一下这个代码.

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

int main(void) {
        if (wiringPiSetup() == -1) {
                printf("init error");
                return 1;
        }

        int pin = 7;
        pinMode(pin, OUTPUT);

        printf("start");

        while(1) {
                digitalWrite(pin, HIGH);
                delay(500);
                digitalWrite(pin, LOW);
                delay(500);
        }
        return 0;
}

这个是 wiringPi 仓库给的示例代码, 没意外的话执行的结果是亮 0.5s 再暗 0.5s, 一直循环.

使用 rust 控制 gpio

由于我最近在学 rust, 找了一下 rust 相关的库, 还真找到了, 叫 rppal, 地址在这里.

如果要使用的话, 在 Cargo.toml 里加上

[dependencies]
rppal = "0.22.1"

build 或者 run 之后就会下载并使用库了.

下面是一个控制 led 的示例代码

use std::error::Error;
use std::thread;
use std::time::Duration;

use rppal::gpio::Gpio;

fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    let mut pin = Gpio::new()?.get(23)?.into_output();

    for _ in 0..5 {
        pin.set_high();
        thread::sleep(Duration::from_millis(500));
        pin.set_low();
        thread::sleep(Duration::from_millis(500));
    }

    Ok(())
}

这个库使用的是 BCM 编号, 找的时候不要找错了.

使用 I2C

我买了个温湿度模块, 用的是 I2C 通信, 也稍微记录一下.

感觉有点买错了, 网上没多少树莓派用这个模块？不过好在有文档在. 文档.

在 5.2 传感器读取流程有写该怎么做.

有一个地方需要注意, 连线顺序应该是先连接地线, 再连接电源, 然后才是两条数据线; 拔线时也是一样的, 先拔出数据线, 然后是电源, 最后才是地线, 不要先拔电源或者先接数据线！我的树莓派就因为拔线顺序错了, 产生了错误的电流路径, 然后文件系统坏了, 最后只能重刷了.

下面是用c写的代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <wiringPi.h>
#include <wiringPiI2C.h>
#include <unistd.h>

#define AHT30_ADDR 0x38

// commands
#define AHT30_CMD_INIT 0xE1
#define AHT30_CMD_MEASURE 0xAC
#define AHT30_CMD_SOFT_RESET 0xBA

unsigned char Calc_CRC8(unsigned char *message, unsigned char Num) {
    unsigned char i;
    unsigned char byte;
    unsigned char crc = 0xFF;

    for (byte = 0; byte < Num; byte++) {
        crc ^= (message[byte]);
        for (i = 8; i > 0; --i) {
            if (crc & 0x80)
                crc = (crc << 1) ^ 0x31;
            else
                crc = (crc << 1);
        }
    }
    return crc;
}

int init_sensor(int fd) {
    wiringPiI2CWrite(fd, AHT30_CMD_SOFT_RESET);
    delay(20);

    printf("Sensor initialized\n");
    return 0;
}

int read_sensor_data(int fd, float *temperature, float *humidity) {
    uint8_t cmd[3] = {AHT30_CMD_MEASURE, 0x33, 0x00};
    uint8_t data[7];
    uint32_t st, srh;
    int status;

    if (write(fd, cmd, 3) != 3) {
        printf("Error: Failed to send measurement command\n");
        return -1;
    }

    delay(80);

    if (read(fd, data, 7) != 7) {
        printf("Error: Failed to read sensor data\n");
        return -1;
    }

    // 检查状态 (Bit7, 1=busy, 0=ready)
    status = data[0];
    if (status & 0x80) {
        printf("Error: Sensor busy, measurement not ready\n");
        return -1;
    }

    // 检查
    unsigned char crc = Calc_CRC8(data, 6);
    if (crc != data[6]) {
        printf("Error: CRC check failed. Expected: %02X, Got: %02X\n", data[6], crc);
        return -2;
    }

    // 提取湿度 (20 bits)
    srh = ((uint32_t)data[1] << 12) | ((uint32_t)data[2] << 4) | (data[3] >> 4);

    // 提取温度 (20 bits)
    st = ((uint32_t)(data[3] & 0x0F) << 16) | ((uint32_t)data[4] << 8) | data[5];

    // 计算
    *humidity = (float)srh / 1048576.0 * 100.0;
    *temperature = (float)st / 1048576.0 * 200.0 - 50.0;

    return 0;
}

int main() {
    int fd;
    float temperature, humidity;

    if (wiringPiSetup() == -1) {
        printf("WiringPi initialization failed\n");
        return 1;
    }

    fd = wiringPiI2CSetup(AHT30_ADDR);
    if (fd == -1) {
        printf("Failed to init I2C communication\n");
        return 2;
    }

    if (init_sensor(fd) != 0) {
        printf("Sensor initialization failed\n");
        return 3;
    }

    delay(10);

    if (read_sensor_data(fd, &temperature, &humidity) == 0) {
        printf("Temperature: %.1f °C\n", temperature);
        printf("Humidity: %.1f %%RH\n", humidity);
    } else {
        printf("Failed to read sensor data\n");
        return 4;
    }

    return 0;
}

这是一个用 rust 写的示例代码

use rppal::i2c::I2c;
use std::thread;
use std::time::Duration;

const AHT30_ADDR: u16 = 0x38;
const AHT30_CMD_RESET: u8 = 0xba;
const AHT30_CMD_MEASURE: u8 = 0xac;

fn calc_crc8(message: &[u8], num: usize) -> u8 {
    let mut crc = 0xff_u8;

    for byte in message.iter().take(num) {
        crc ^= byte;
        for _ in 0..8 {
            if (crc & 0x80) != 0 {
                crc = (crc << 1) ^ 0x31;
            } else {
                crc <<= 1;
            }
        }
    }

    crc
}

fn init_aht30(i: &mut I2c) -> Result<(), rppal::i2c::Error> {
    let command: [u8; 1] = [AHT30_CMD_RESET];
    i.write(&command[..])?;
    thread::sleep(Duration::from_millis(20));
    println!("init over");
    Ok(())
}

fn read_data(i: &mut I2c) -> Result<(f32, f32), String> {
    let command: [u8; 3] = [AHT30_CMD_MEASURE, 0x33, 0x00];

    i.write(&command)
        .map_err(|e| format!("send error, {}", e))?;

    thread::sleep(Duration::from_millis(80));

    let mut data = [0u8; 7];
    i.read(&mut data)
        .map_err(|e| format!("read error: {}", e))?;

    let status = data[0];
    if (status & 0x80) != 0 {
        return Err("sensor busy".to_string());
    }

    let crc = calc_crc8(&data[0..6], 6);
    if crc != data[6] {
        return Err(format!(
            "crc check failed. Expected {:02X}, Got {:02X}",
            data[6], crc
        ));
    }

    let srh: u32 = ((data[1] as u32) << 12) | ((data[2] as u32) << 4) | ((data[3] >> 4) as u32);

    let st: u32 = (((data[3] & 0x0f) as u32) << 16) | ((data[4] as u32) << 8) | (data[5] as u32);

    let humidity = (srh as f32) / 1048576.0 * 100.0;
    let temperature = (st as f32) / 1048576.0 * 200.0 - 50.0;

    Ok((temperature, humidity))
}

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let mut instance = I2c::new()?;
    instance.set_slave_address(AHT30_ADDR)?;

    thread::sleep(Duration::from_millis(5));

    init_aht30(&mut instance)?;

    match read_data(&mut instance) {
        Ok((temperature, humidity)) => {
            println!("temperature: {:.2}", temperature);
            println!("humidity: {:.2}%", humidity);
        }
        Err(e) => {
            println!("Error : {}", e);
        }
    }

    Ok(())
}

calc_crc8 是文档给的, 不过是用 C 写的, 这里用 rust 写了. 这个 AHT30_ADDR 是通过这个命令得到的

i2cdetect -y 1

如果连线正确的话, 应该能看到一个数字, 那个就是地址. 不管是 wiringPi, 还是 rppal, 貌似都自动发送了 0x70 写指令和 0x71 读指令, 这里就没有写了.