Lekce 11 - Raspberry Pi - Membránová klávesnice 4x4

V předchozí lekci, Raspberry Pi - Připojení RFID čtečky, jsme si zapojili a naprogramovali RFID čtečku.

Dnes k našemu Raspberry Pi připojíme numpad a budeme skrz něj zadávat čísla. Napíšeme si k tomu jednoduchý kód který je bude vypisovat a vysvětlíme si, jak numpady/keypad/klávesnice vlastně fungují.

Jako už mnohokrát předtím zde ukáži vlastní zapojení a schéma zapojení vytvořené pomocí Fritzing.

Potřebné součástky

K úspěšnému zapojení budeme potřebovat:

Raspberry Pi
membránová klávesnice 4x4 (NUMPAD)
při nejlepším nepájivé pole a několik drátků, případně pouze drátky

Jak funguje numpad?

Jednoduchá klávesnice neboli numpad obsahuje několik přepínačů uspořádaných do mřížky. Vnitřní vodiče spojují jednotlivé řady a sloupce přepínačů tak, že když uživatel stiskne jeden z přepínačů, tento přepínač elektricky spojí jeden řádek se sloupcem. Pokud zařízení Raspberry Pi chce detekovat stisknuté klávesy, vyšle rychlý impuls do každé z čar mřížky přepínače. Když uživatel stiskne tlačítko, toto tlačítko spojí jeden řádek s jedním sloupcem a Raspberry Pi tak dokáže detekovat změnu.

Zapojení numpadu

Jak již bylo řečeno, každý řádek numpadu bereme jako vstup a každý sloupec numpadu jako výstup. Raspberry Pi vysílá pulzy do linek a naslouchá změnám na sloupcích. Proto musíme propojit každý ze čtyř řad a sloupců numpadu s libovolnými osami digitálních I/O pinů na Raspberry Pi:

Programová část

Máme tedy numpad zapojený a víme, jak funguje. Teď si s jeho pomocí a prostřednictvím knihoven Pythonu vyzkoušíme vypsat vstup, který zadáváme.

Import knihoven

Dnes budeme používat především dvě knihovny. První bude tradičně GPIO knihovna. Druhá bude knihovna pro import času, která se nazývá time. Tyto knihovny samozřejmě musíme mít nainstalované pomocí pip.

První knihovnu importujeme jednoduše:

import RPi.GPIO as GPIO

Pomocí as uložíme knihovnu do proměnné GPIO, abychom neustále nemuseli psát její název. Poté importujeme celou knihovnu time:

import time

Uložení do proměnných

Vytvoříme si proměnné L1-L4 a C1-C4 do kterých uložíme čísla jednotlivých portů do kterých jsme zapojili numpad. Piny na numpadu bereme zprava, takže první pin napravo bude A1, poslední na levo je pak A8. Piny A1-A4 budou zapsány v proměnných C1-C4. A5-A8 budou zapsány do L1-L2. Zápis pinů je důležitý kvůli správnému určení pozice čísla:

L1 = 26
L2 = 7
L3 = 18
L4 = 1

C1 = 12
C2 = 16
C3 = 20
C4 = 21

Nastavení GPIO

První nastavíme setwarnings na False pro deaktivaci varování. Varování nám říká, že GPIO port se již používá, protože jsme zastavili program a spustili jej znovu.

Mode nastavíme na BCM. Více o nastavování GPIO naleznete v minulé lekci:

GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

Popišme si jednotlivé části:

GPIO setup, jak název napovídá, nastavuje GPIO porty.
OUT - output nastavení portů, když chceme v programu definovat, jakou hodnotu budou porty mít
IN - input, když necháváme přístupem z venčí definovat hodnotu portů
L1-L4 - nastavíme na OUT
C1-C4 - nastavíme na IN

U C1-C4 pak musíme nastavit pull_up/down:

GPIO.setup(L1, GPIO.OUT)
GPIO.setup(L2, GPIO.OUT)
GPIO.setup(L3, GPIO.OUT)
GPIO.setup(L4, GPIO.OUT)

GPIO.setup(C1, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(C2, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(C3, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(C4, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

Jak funguje rezistor pull_up/down je vysvětlené v této minulé lekci Nastavíme na něm hodnotu PUD_DOWN. To znamená že nám pokaždé, když tlačítko nebude stlačeno, vyhodí False.

Funkce readline

Vydefinujeme si funkci readline:

def readLine(line, characters):
    GPIO.output(line, GPIO.HIGH)
    if(GPIO.input(C1) == 1):
        print(characters[0])
    if(GPIO.input(C2) == 1):
        print(characters[1])
    if(GPIO.input(C3) == 1):
        print(characters[2])
    if(GPIO.input(C4) == 1):
        print(characters[3])
    GPIO.output(line, GPIO.LOW)

Do funkce readLine() vložíme proměnnou line a list characters. Proměnná line definuje řádek neboli port L1-L4 a characters pak znak na řádku se nacházející. Tyto obě proměnné si definujeme za chvíli. Pomocí GPIO.output() nastavíme vždy port L1-L4 (podle proměnné line) na hodnotu HIGH. Vytvoříme si if, který bude čekat na GPIO input() na portech C1-C4, a podle toho, na jakém portu bude True (neboli 1) vypíše znak. Nakonec nastavíme GPIO.output() portů L1-L4 (podle proměnné line) na hodnotu LOW.

`Try` blok

Pojďme si nyní připravit try blok, do kterého vložíme while cyklus:

try:
    while True:

        readLine(L1, ["1","2","3","A"])
        readLine(L2, ["4","5","6","B"])
        readLine(L3, ["7","8","9","C"])
        readLine(L4, ["*","0","#","D"])
        time.sleep(0.1)

except KeyboardInterrupt:
    print("\nApplication stopped!")

Poslední věcí, kterou musíme nastavit jsou proměnnou line a list characters. Vypíšeme si blok Try, abychom mohly ošetřit případné výjimky (exceptions) v kódu a vložíme do něj nekonečný cyklus while s hodnotou True. Nekonečný cyklus zajistí, že se bude kód v něm vložený neustále opakovat, a my budeme moci neustále zadávat nové kódy. Ve while cyklu si pak definujeme naší funkci readline(), do ní dáme název portu a 4 znaky (characters) které se na řádku portu mohou nacházet. Například tedy L1 - ["1","2","3","A"] definujeme jako list, ze kterého pak budeme brát jednotlivé znaky.

Vysvětlení

Try blok nám tedy vyzkouší nekonečný cyklus (žádný cyklus by neměl být nekonečný), ve které máme nadefinované jednotlivé řádky a znaky na nich. Program skočí do funkce readline(), do které nám vloží číslo portu do proměnné line a list znaků do listu characters. Poté počká na stisknutí tlačítka. While opakovaně volá funkci readline() pro každý řádek klávesnice L1-L4. Proto když na numpadu stiskneme tlačítko, přiřadí se hodnota na jednom z portů C1-C2. Funkce If které neustále dokola porovnávají zda má C1-C4 hodnotu True najdou správný port a ten vydefinuje pozici na řádku.

Celý kód pak vypadá takto:

import RPi.GPIO as GPIO
import time

L1 = 26
L2 = 7
L3 = 18
L4 = 1

C1 = 12
C2 = 16
C3 = 20
C4 = 21

GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(L1, GPIO.OUT)
GPIO.setup(L2, GPIO.OUT)
GPIO.setup(L3, GPIO.OUT)
GPIO.setup(L4, GPIO.OUT)

GPIO.setup(C1, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(C2, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(C3, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
GPIO.setup(C4, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)

def readLine(line, characters):
    GPIO.output(line, GPIO.HIGH)
    if(GPIO.input(C1) == 1):
        print(characters[0])
    if(GPIO.input(C2) == 1):
        print(characters[1])
    if(GPIO.input(C3) == 1):
        print(characters[2])
    if(GPIO.input(C4) == 1):
        print(characters[3])
    GPIO.output(line, GPIO.LOW)

try:
    while True:

        readLine(L1, ["1","2","3","A"])
        readLine(L2, ["4","5","6","B"])
        readLine(L3, ["7","8","9","C"])
        readLine(L4, ["*","0","#","D"])
        time.sleep(0.1)

except KeyboardInterrupt:
    print("\nApplication stopped!")

Věřím, že se vám připojení a nakódování numpadu podařilo. Své dojmy a případné dotazy můžete zanechat v diskusi pod článkem 🙂

V další lekci, Raspberry Pi - Senzor vlhkosti půdy, si k Raspberry Pi připojíme senzor vlhkosti půdy.

Článek pro vás napsal Aleš Hlavín

Uživatelské hodnocení:

8 hlasů

Raspberry

Aktivity