树莓派综合项目3：AI视觉机械臂小车（二）轻触按键

一、介绍

树莓派综合项目3：AI视觉机械臂小车（一）蜂鸣器
 树莓派基础实验
本实验也是一个简单的轻触按键实验，在基础实验系列中讲过类似的一篇，树莓派基础实验6：轻触开关按键实验，当中使用了 interrupt( 中断 )式( edge detection 边缘检测 )，GPIO.add_event_detect()方法。本实验中直接使用While循环检测按键输入的电平为高还是低，同时介绍一个Python控制GPIO的库“gpiozero”，gpiozero库的操作更加人性化，而且简单好用、易于上手，树莓派镜像默认安装了gpiozero库，无需额外安装。

功能按键

二、组件

三、实验原理

什么是GPIO Zero？

GPIO Zero库是树莓派官方目前推荐的用于操作树莓派上GPIO口的Python库，该库最早是在RPi.GPIO库之上开发而来的，现在默认情况下也有许多功能是基于RPi.GPIO库实现的，不过用户可以自行设置其它库用在底层。

GPIO Zero库将常用的功能进行封装（LED、Button、Motor……），使一般用户和软件开发者更加容易实现需要用到GPIO口的功能，而不需要像RPi.GPIO库一样去了解GPIO口的输入输出、上下拉电阻等底层硬件相关的参数。

结合简单的命名实践和描述性功能，GPIO Zero更易于初学者理解。即使RPi.GPIO库的经验丰富的用户可能更喜欢它 - 并且为了理解原因，让我们来看看RPi.GPIO与GPIO Zero的比较。

RPi.GPIO有什么不对？

没有。什么都没有。RPi.GPIO于2012年初由开发者Ben Croston发布。它是一个强大的库，允许用户从代码中控制GPIO引脚。它几乎涵盖了我们所涵盖的每个初学者项目。

尽管RPi.GPIO广泛使用，但它从未为最终用户设计。RPi.GPIO的优秀设计证明了这么多初学者仍然使用它。

GPIO Zero有什么好处？

在学习Python代码时，您会了解到它应该易于阅读并且尽可能短。GPIO Zero旨在涵盖这两点。它构建在RPi.GPIO之上，作为前端语言包装器，简化了GPIO的设置和使用。

请考虑以下示例，设置和打开LED：

import RPi.GPIO as GPIO
ledPin=10
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(ledPin, GPIO.OUT)
GPIO.output(ledPin, GPIO.HIGH)

对于使用Pi来控制LED的人来说，上面的代码应该非常熟悉。导入RPi.GPIO库，并声明LED的引脚。引脚布局类型已设置，引脚设置为输出。然后，引脚打开。

这种方法很有意义，但GPIO Zero方式更简单：

from gpiozero import LED
led=LED(10)
led.on()

GPIO Zero有一个LED模块，在开始时导入。这意味着您可以声明引脚号，并调用led.on()方法。

为什么GPIO Zero的方法更好？

这种工作方法是对RPi.GPIO的改进。

首先，它符合“易读，尽可能短”的要求。虽然RPi.GPIO设置语句很容易理解，但它们并不是必需的。LED始终是输出，因此GPIO Zero会在幕后设置引脚。结果只需要设置三行代码，然后点亮一个LED。

您可能会注意到GPIO Zero示例中没有设置板模式。该库仅对引脚使用Broadcom（BCM）编号。库设计师Ben Nuttall在2015年RasPi.tv采访中解释了原因：

这样，使用BCM数字绝对有意义。鉴于GPIO Zero将成为未来Raspberry Pi文档的标准配置，值得学习！

其它模式也是可以使用的，以下几行都是等效的：

>>> led = LED(17)
>>> led = LED("GPIO17")
>>> led = LED("BCM17")
>>> led = LED("BOARD11")
>>> led = LED("WPI0")
>>> led = LED("J8:11")

GPIO Zero实际上更好吗？

虽然表面看起来更直接，但新库有什么问题吗？与任何新的编码库一样，这是一个意见问题。一方面，删除设置代码非常适合初学者和经验丰富的编码人员。编写代码更简单，更快捷。

另一方面，确切知道发生了什么对学习很重要。以GPIO Zero文档中的设置按钮为例：

from gpiozero import Button
button = Button(10)
while True:
    if button.is_pressed:
        print("Button is pressed")
    else:
        print("Button is not pressed")

按钮模块简化了按钮设置。它知道按钮是输入，因此使用声明的引脚号进行设置。检查按钮按下也更容易，使用.is_pressed检测按钮按下。

我们在Raspberry Pi按钮教程中使用了这个确切的功能，这是熟悉库中差异的好方法。

RPi.GPIO库的用户会注意到Pi的内部上拉/下拉电阻未在代码中设置。这提出了一个有趣的问题。初学者了解上拉/下拉电阻是否必不可少？Ben Nuttall再次回答了这个问题：

总的来说，GPIO Zero的简单方法对于初学者和退伍军人来说都是一件好事。此外，RPi.GPIO不会去任何地方。如果需要，它将始终切换回。

GPIO Zero是最新的库，可以为Pi带来好处，并且有充分的理由。对于大多数用户来说，它使GPIO引脚的编码更易于阅读和更快速的写入。

鉴于Raspberry Pi在教育中的应用，任何使学习更自然的东西都是好事。虽然RPi.GPIO到目前为止一直是完美的，但GPIO Zero采用了一个好主意并使其更好。

这里只是抛砖引玉，请学习官方网站，虽是外文网站，但浏览器翻译一下就好了：
https://gpiozero.readthedocs.io/en/stable/index.html

四、实验步骤

第1步： 该树莓派转接板上已经集成了功能按键和红绿LED灯，其中功能按键连接树莓派的Broadcom（BCM）引脚编号19号针脚，红灯连接板载6号针脚，绿灯连接板载5号针脚。

第2步： 编写程序。这里使用While循环，interrupt( 中断 )式请参考树莓派基础实验6：轻触开关按键实验。

#!/usr/bin/env python

import RPi.GPIO as GPIO
import time

BtnPin = 19
Gpin    = 5
Rpin    = 6

def setup():
    GPIO.setwarnings(False)
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)       # 设置GPIO为BCM模式
    GPIO.setup(Gpin, GPIO.OUT)     # 设置绿灯针脚为输出
    GPIO.setup(Rpin, GPIO.OUT)     # 设置红灯针脚为输出
    GPIO.setup(BtnPin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)    # 设置按键针脚为输入,并且为上拉模式
    
if __name__ == '__main__':     # 程序开始
    setup()
    try:
        while True:
            if GPIO.input(BtnPin) == True:
                time.sleep(0.01)
                if GPIO.input(BtnPin)==True:  # 两次判断防止抖动影响
                    GPIO.output(Rpin,1)
                    GPIO.output(Gpin,0)
            elif GPIO.input(BtnPin) == False:
                 time.sleep(0.01)
                 if  GPIO.input(BtnPin) == False:
                    GPIO.output(Rpin,0)
                    GPIO.output(Gpin,1)                                              
    except KeyboardInterrupt:  # When 'Ctrl+C' is pressed, the child program destroy() will be  executed.
        GPIO.cleanup()

第3步： 使用GPIO Zero库的LED、Button方法来编写，更简洁，更直观。

#!/usr/bin/env python
from gpiozero import LED, Button
from signal import pause

button = Button(19)
led_Red = LED(6)
led_Green = LED(5)

def pressed():
    led_Red.off()
    led_Green.on()
def released():
    led_Green.off()
    led_Red.on()
    
button.when_pressed = pressed
button.when_released = released

pause()  # 令当前的进程暂停（进入睡眠状态），直到被信号(signal)所中断