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：

• http://cymplecy.wordpress.com/

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：

• http://cymplecy.wordpress.com/2013/04/22/scratch-gpio-version-2-introduction-for-beginners/

檔案下載

• Raspberry PI 遙控車 Scratch 腳本 : Raspberry-PI-GPIO-Motor.sb

參考網站

• http://cymplecy.wordpress.com/
• https://github.com/cymplecy/scratch_gpio
• http://pihw.wordpress.com/lessons/rgb-led-lesson-2-scratch-gpio-getting-started/