2013年9月20日 星期五

Raspberry PI : 以 Scratch 控制 GPIO

Scratch 是一套圖形化界面的程式開發平台,寫程式時只要拖曳一個個元件組合,就如同在玩積木一般,簡單易用,頗有親和力的操作界面,連沒學過程式語言的小孩子都很容易上手。之前就在想,如果可以利用 Scratch 來控制 Raspberry PI 的 GPIO 腳位,玩起來一定比用 Python 來得輕鬆些。利用「raspberry pi scratch gpio」的關鍵字一查,哇!有位 Raspberry PI 的玩家 Simon Walters 已經寫了一個名為「ScratchGPIO2 (Scratch GPIO Version 2)」的小工具,他的 blog 網址如下:
有了裡面的「scratch_gpio_handler2.py」,我們甚至可以用另一台電腦中的 Scratch 經由無線網路來遠端控制 Raspberry PI 的 GPIO。



這台遙控車是用 Lego + Raspberry PI ,然後用 Scratch 來操控 Raspberry PI 的 GPIO 及插在小麵包板上的「L293D」晶片和 Lego 馬達。小孩子玩得很開心。



來一小段玩耍的影片:


測試環境

  • Raspberry PI B + Raspbian (“wheezy”)
  • Scratch 1.4


程式安裝

取得 source :
sudo wget https://dl.dropbox.com/s/oql4qzm8jlnsbeb/install_scratch_gpio2.sh -O /boot/install_scratch_gpio2.sh

進行安裝:
sudo /boot/install_scratch_gpio2.sh


安裝完畢,使用者目錄中會新增以下的檔案:
  • x window 桌面的圖示:
    Desktop/scratchgpio2.desktop
  • Scratch 範例腳本檔:
    Documents/Scratch  Projects/blink11.sb
  • Scratch 範例腳本檔:
    Documents/Scratch  Projects/GPIOexample.sb
  • 啟動 Scratch RSC 的腳本檔:
    Documents/Scratch  Projects/rsc.sb
  • 桌面圖示開啟的腳本檔,會執行 scratch_gpio_handler2.py 監聽程式及啟動 Scratch 開啟 rsc.sb 腳本檔:
    simplesi_scratch_handler/scratch_gpio2.sh
  • 和 Scratch RSC 通訊並控制 Raspberry PI GPIO 的 Python 腳本檔,最重要的一個檔案:
    simplesi_scratch_handler/scratch_gpio_handler2.py

Scrach 有所謂的「遠端感應器」「Remote Sensor Connections (RSC)」,當我們在 Scratch 中啟動了「RSC」,它就會開始監聽 port 42001 (TCP/UDP),等待別人來連線,如果建立了連線,兩邊就可以交換訊息(指令)。
Simon 用 Python 所寫 scratch_gpio_handler2.py 可以和指定 IP (預設為本機的 127.0.0.1) 的 Scratch 透過 RSC 連線並交換訊息,如果 Scratch 送來的是 scratch_gpio_handler2.py 中所認識的指令,就可以依指令傳送給指定的 GPIO port,並達到控制電子元件的功能。

如果是在 Raspberry PI 本機的 x window 操作,當我們開啟桌面的「Scratch GPIO」圖示,它會執行 scratch_gpio2.sh 的腳本檔,背景執行 Simon 的 scratch_gpio_handler2.py ,讓它透過 TCP port 4200 和 Scratch 通訊。然後啟動 Scratch,並自動啟用 Scratch 的「遠端感應器」(Remote Sensor Connections) 功能。接著,我們就可以在 Scratch 裡「廣播」(傳送) scratch_gpio_handler2.py 認得的「訊息」,並控制 Raspberry PI 的 GPIO。

除了這種全部都在 Raspberry PI 中用 Scratch 寫程式並控制 GPIO 以外,我們也可以先在另一台電腦中的 Scratch 啟用「遠端感應器」,再讓 Raspberry PI 中的「scratch_gpio_handler2.py」透過無線網路來建立連線,「遙控」Raspberry PI。這種玩法會更有趣一點。下面就來看看,如何讓電腦上的 Scratch 來遠端控制 Raspberry PI 上的 GPIO。


讓 Scratch 和 Raspberry PI 連線

前面提過,在 Scratch 中啟用「遠端感應器」(Remote Sensor Connections)是重點,所以,想遠端控制 Raspberry PI 的 Scratch 必須先啟動「偵測器」的「RSC」。
進入 Scratch 以後 (以 1.4 版為例) ,先點選程式區塊中「偵測」的分類,然後再對準「偵測器」按滑鼠右鍵,點選「啟動遠端感應器」就可以啟動 RSC。如果想關閉 RSC,也是用同樣的方法。

當我進行完上述的操作以後,Scratch 就開始在 port 42001 等候連線了。接著,我們可以在 Raspberry PI 中執行 scratch_gpio_handler2.py ,讓它和電腦裡的 Scratch 連線。
假設執行 Scratch 的電腦 IP 為「192.168.2.100」,而 scratch_gpio_handler2.py 是放在預設的安裝路徑,我們先遠端登入 Raspberry PI ,然後執行以下這一行指令:
sudo python simplesi_scratch_handler/scratch_gpio_handler2.py 192.168.2.100

成功的話應會有「Connected!」、「Running....」的訊息。接下來就可以準備開始在 Scratch 中寫程式了。


用 Scratch 控制 Raspberry PI 的 GPIO

如果只是要送訊號(指令)給 Raspberry PI 的 GPIO,利用程式區塊「控制」分類裡的「廣播」就可以一招走天下了!

上圖的程式在 Scratch 裡加一個「廣播 alloff」,當「scratch_gpio_handler2.py」收到 Scratch 送來的「alloff」就會將所有的(all) GPIO 都設為低電位(off),而「廣播 pin11on」則會將 GPIO pin 11 設為高電位(on),如果 Raspberry PI GPIO pin 11 上接的是 LED ,它就會發光;反之,當 Raspberry PI 收到「廣播 pin11off」時,GPIO pin 11 就會被設為低電位(off),LED 自然就熄滅了。

除了使用「廣播」以外,我們也可以使用「變數」來達到相同的效果:

先產生兩個變數「allpins」和「pin11」,再利用將它們的值設為「on」或「off」達到控制開關的目的。

對「scratch_gpio_handler2.py」來說,在 Scratch 可以設定以下的變數的 on/off 來控制 Raspberry PI 的 GPIO:

  • pinX:output 的部份,X 可以是 11,12,13,15,16,18 中任一個數字;其它腳位基本上為 input。
  • allpins:代表所有的腳位。
  • pinpattern:同時控制多個 output,例如,它的值以二進位的方式代表 output 腳位的開或關,最低位(最右)代表 pin 11,而最高位(最左)代表 pin 18,共有六個 bit,例如「101101」表示 pin 11, 13,15 及 pin 18 為 on ,而 pin 12 及 pin 16 為 off。

詳細的說明可以參考「ScratchGPIO2 (Scratch GPIO Version 2)」作者 blog 中的說明:



檔案下載




參考網站




4 則留言:

  1. 你好,我最近剛開始接觸RPi,對於Linux還在摸索。
    想請問一下:我自己寫的程式,或由網路下載的資料,我該放在哪個目錄底下呢?
    因為我是用16G 的SD card,沒有做磁碟分割,所以看起來只有5xMB的boot及14.xGB兩個磁區,
    一般使用者都習慣將自己的資料放在哪呢?

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    1. 您好:
      您的問題有一點大吔,
      假如您想問的是自己的 Scratch 程式與資料, 就放在該帳號下的 "Documents/Scratch Projects" 下, 其它的則要看是什麼 "資料" 而定。如果您是 Linux 新手, 要玩 RPi , 且想深入的玩, 它和 Windows 有很大的不同, 建議您還先找一本 Linux 管理的相關書籍來研究一下可能較好,

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  2. 您好: 拜讀過您很多篇Wii Remote跟白板的文件,也看到您介紹Scratch的文章,感恩、感謝。可是就還沒找到Wii Remote如何跟Scratch連線的測試大作! 透過藍芽我一直只能把Wii Remote跟電腦連線而已,為何我用wii2scratch這中介軟體,在Windows 7 32bit家庭版的系統下,怎麼樣去跟Scratch連結也都連不上呢? 不知道問題出線在哪裡? 中介軟體的用法說明裡有•Start the HID (Human Interface Device) service of the WiiMote這個步驟,我就是不知道怎麼去開啟HID呢? 如蒙賜教,感激不盡!

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    1. 關於 Start the HID service of the Wiimote 的步驟,就是我 Wiimote 電子白板中的連線,個人偏好使用自己寫的 WiimoteAutoConnect,如果有 bluesoleil 或是 toshiba ......等藍芽連線軟體也不錯。
      玩了一下,前述的藍芽連線如果完成了,再啟動 Scratch,並於偵測器中啟動遠端感應器的功能後,執行 wii2scrach 才會成功。

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