樹莓派學習筆記 : GPIO 測試 (二) gpiozero 模組

在前一篇 GPIO 測試中使用了樹莓派內建的 RPi.GPIO 模組來存取 GPIO 腳位, 此模組較為低階, 所有的 GPIO 腳須自行定義其用途. 樹莓派其實還內建了另一個較為高階的 gpiozero 模組, 它為 GPIO 的常用輸出入用途定義了可方便呼叫的函式, 使得程式碼長度相對較簡短. 

本系列之前的文章參考 :

# 樹莓派學習筆記 : GPIO 測試 (一) : RPi.GPIO 模組

為了測試時接線方便, 我將 GPIO 的 40 支腳位置圖重貼如下 :

3. 使用 gpiozero 模組 : 

前一篇測試中使用的 RPi.GPIO 模組只能指定任一腳位是輸出或輸入, 至於該腳位接哪種元件與做何用途完全由使用者去定義, 好處是靈活度大, 但缺點是程式碼較繁瑣; 而 gpiozero 則不同, 此模組替各種元件定義了相對應之類別, 例如處理 LED 輸出有 LED 類別, 處理蜂鳴器輸出有 Buzzer 類別等等, gpiozero 可以說是一個特化的模組, 它可使程式碼更簡短, 教學文件參考 :

# https://gpiozero.readthedocs.io/en/stable/    

樹莓派 OS 的 Python3 已經搭載 gpiozero 模組不需安裝, 直接 import 使用即可. 但若使用 Lite 版的 OS 則可用下列指令安裝 :

sudo apt update   

sudo apt install python3-gpiozero   

如果樹莓派安裝的別的作業系統, 則可用 pip instal gpiozero 來安裝. 我的 Pi A+ 是比較舊的 Rasbian Buster, 未搭載 gpiozero, 所以需另行安裝 :

pi@raspberrypi:~ $ sudo apt install python3-gpiozero    

正在讀取套件清單... 完成

正在重建相依關係          

正在讀取狀態資料... 完成

建議套件：

  python-gpiozero-docs

下列套件將會被升級：

  python3-gpiozero

升級 1 個，新安裝 0 個，移除 0 個，有 504 個未被升級。

需要下載 121 kB 的套件檔。

此操作完成之後，會多佔用 97.3 kB 的磁碟空間。

下載:1 http://archive.raspberrypi.org/debian buster/main armhf python3-gpiozero all 1.6.2-1 [121 kB]

取得 121 kB 用了 2s (62.1 kB/s)            

讀取改變紀錄(changelogs)... 完成

（讀取資料庫 ... 目前共安裝了 153943 個檔案和目錄。）

正在準備解包 .../python3-gpiozero_1.6.2-1_all.deb……

Unpacking python3-gpiozero (1.6.2-1) over (1.5.1) ...

設定 python3-gpiozero (1.6.2-1) ...

執行 man-db (2.8.5-2) 的觸發程式……

接下來用自訂模組 members 的 list_members() 函式來檢視 gpiozero 的成員 : 

# members.py

import inspect 

def varname(x): 

    return [k for k,v in inspect.currentframe().f_back.f_locals.items() if v is x][0]

def list_members(parent_obj):

    members=dir(parent_obj)

    parent_obj_name=varname(parent_obj)       

    for mbr in members:

        child_obj=eval(parent_obj_name + '.' + mbr) 

        if not mbr.startswith('_'):

            print(mbr, type(child_obj))

將此 members.py 存放於工作目錄下. 

>>> import gpiozero   

>>> import members   

>>> members.list_members(gpiozero)  

AmbiguousTone <class 'type'>

AnalogInputDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

AngularServo <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

BadEventHandler <class 'type'>

BadPinFactory <class 'type'>

BadQueueLen <class 'type'>

BadWaitTime <class 'type'>

Button <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

ButtonBoard <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

Buzzer <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

CPUTemperature <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

CallbackSetToNone <class 'type'>

CamJamKitRobot <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

CompositeDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

CompositeDeviceBadDevice <class 'type'>

CompositeDeviceBadName <class 'type'>

CompositeDeviceBadOrder <class 'type'>

CompositeDeviceError <class 'type'>

CompositeOutputDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

Device <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

DeviceClosed <class 'type'>

DigitalInputDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

DigitalOutputDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

DiskUsage <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

DistanceSensor <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

DistanceSensorNoEcho <class 'type'>

Energenie <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

EnergenieBadSocket <class 'type'>

EnergenieSocketMissing <class 'type'>

EventsMixin <class 'type'>

Factory <class 'type'>

FishDish <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

GPIODevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

GPIODeviceClosed <class 'type'>

GPIODeviceError <class 'type'>

GPIOPinInUse <class 'type'>

GPIOPinMissing <class 'type'>

GPIOZeroError <class 'type'>

GPIOZeroWarning <class 'type'>

HeaderInfo <class 'type'>

HoldMixin <class 'type'>

InputDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

InputDeviceError <class 'type'>

InternalDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

JamHat <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

LED <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

LEDBarGraph <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

LEDBoard <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

LEDCharDisplay <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

LEDCharFont <class 'abc.ABCMeta'>

LEDCollection <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

LEDMultiCharDisplay <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

LedBorg <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

LightSensor <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

LineSensor <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

LoadAverage <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MCP3001 <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MCP3002 <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MCP3004 <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MCP3008 <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MCP3201 <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MCP3202 <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MCP3204 <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MCP3208 <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MCP3301 <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MCP3302 <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MCP3304 <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

MotionSensor <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

Motor <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

NativePinFactoryFallback <class 'type'>

OutputDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

OutputDeviceBadValue <class 'type'>

OutputDeviceError <class 'type'>

PWMLED <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

PWMOutputDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

PWMSoftwareFallback <class 'type'>

PWMWarning <class 'type'>

PhaseEnableMotor <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

PhaseEnableRobot <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

PiBoardInfo <class 'type'>

PiHutXmasTree <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

PiLiter <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

PiLiterBarGraph <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

PiStop <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

PiTraffic <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

Pibrella <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

Pin <class 'type'>

PinEdgeDetectUnsupported <class 'type'>

PinError <class 'type'>

PinFactoryFallback <class 'type'>

PinFixedPull <class 'type'>

PinInfo <class 'type'>

PinInvalidBounce <class 'type'>

PinInvalidEdges <class 'type'>

PinInvalidFunction <class 'type'>

PinInvalidPin <class 'type'>

PinInvalidPull <class 'type'>

PinInvalidState <class 'type'>

PinMultiplePins <class 'type'>

PinNoPins <class 'type'>

PinNonPhysical <class 'type'>

PinPWMError <class 'type'>

PinPWMFixedValue <class 'type'>

PinPWMUnsupported <class 'type'>

PinSPIUnsupported <class 'type'>

PinSetInput <class 'type'>

PinUnknownPi <class 'type'>

PinUnsupported <class 'type'>

PinWarning <class 'type'>

PingServer <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

PolledInternalDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

PololuDRV8835Robot <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

PumpkinPi <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

RGBLED <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

Robot <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

RotaryEncoder <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

RyanteckRobot <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

SPI <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

SPIBadArgs <class 'type'>

SPIBadChannel <class 'type'>

SPIDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

SPIError <class 'type'>

SPIFixedBitOrder <class 'type'>

SPIFixedClockMode <class 'type'>

SPIFixedRate <class 'type'>

SPIFixedSelect <class 'type'>

SPIFixedWordSize <class 'type'>

SPIInvalidClockMode <class 'type'>

SPIInvalidWordSize <class 'type'>

SPISoftwareFallback <class 'type'>

SPIWarning <class 'type'>

Servo <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

SharedMixin <class 'type'>

SmoothedInputDevice <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

SnowPi <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

SourceMixin <class 'type'>

StatusBoard <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

StatusZero <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

ThresholdOutOfRange <class 'type'>

TimeOfDay <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

TonalBuzzer <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

TrafficHat <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

TrafficLights <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

TrafficLightsBuzzer <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

TrafficpHat <class 'gpiozero.devices.GPIOMeta'>

ValuesMixin <class 'type'>

ZombieThread <class 'type'>

absolute_import <class '__future__._Feature'>

boards <class 'module'>

compat <class 'module'>

devices <class 'module'>

division <class '__future__._Feature'>

event <class 'type'>

exc <class 'module'>

fonts <class 'module'>

input_devices <class 'module'>

internal_devices <class 'module'>

mixins <class 'module'>

output_devices <class 'module'>

pi_info <class 'function'>

pins <class 'module'>

print_function <class '__future__._Feature'>

spi_devices <class 'module'>

str <class 'type'>

threads <class 'module'>

tones <class 'module'>

unicode_literals <class '__future__._Feature'>

可見 gpiozero 提供了非常多類別, 其中常用者如下表所示 : 

常用類別	說明
LED	LED(pin) 建立物件, 呼叫 on() 與 off() 開關 LED, toggle() 交替
LEDBoard	LEDBoard(pin1, pin2, ...) 建立物件, on() 全亮, off() 全暗, value 屬性個別控制明滅
Buzzer	Buzzer(pin) 建立物件, 呼叫 on() 發聲, off() 停止, beep() 發嗶聲
Button	Button(pin) 建立物件, 呼叫 wait_for_press() 暫停並監視是否按下, 是才繼續執行
MotionSensor	MotionSensor(pin) 建立物件, 呼叫 motion_detected() 傳回 True/False (PIR 偵測)
PWMLED	PWMLED(pin) 建立物件, 利用其 value 屬性設定 LED 亮度 (0~1, 1 最亮)
LightSensor	LightSensor(pin) 建立物件, 利用其 value 屬性讀取亮度 (0~1, 1 最亮)
MCP3008	MCP3008(channel) 建立物件, 利用其 value 屬性讀取該頻道之類比輸入
...
...

使用 gpiozero 時通常用 from gpiozero import xxx, yyy, zzz 方式匯入所需要的類別, 以前一篇的 LED 明滅控制為例, 先呼叫類別建構函式 LED() 建立 LED 物件, 然後呼叫其 on() 與 off() 即可分別使其亮或滅, 例如下列指令會點亮接在 GPIO2 上的 LED 燈 :

from gpiozero import LED

led=LED(2)    # 用 "GPIO2" 或 "BCM2" 亦可

led.on()

注意, 所有的 gpiozero 函式若直接傳入整數, 那是代表 BCM 編號, 也可以傳入字串例如 "GPIO2" 或 "BCM2", 意思相同. 如果要像 RPi.GPIO 模組那樣使用 BOARD 編號 (1~40) 則要傳入 "BOARD3", 因為 GPIO2 的 BOARD 編號為 3. 

測試 3-1 : 用 gpiozero.LED() 控制 LED 燈明滅 [看原始碼]

# rpi-gpio-test-3-1.py

from gpiozero import LED

from time import sleep

led=LED(2)    # GPIO2 (BOARD 編號 3)

n=10

while n>0:

    print('ON')

    led.on()    

    sleep(0.5)

    print('OFF')

    led.off()    

    sleep(0.5)    

    n -= 1

結果與前一篇用 RPi.GPIO 是一樣的. 

下面是使用 gpiozero 控制四個 LED 走馬燈的例子 :

測試 3-2 : 用 gpiozero.LED() 控制四個 LED 跑馬燈 [看原始碼]

# rpi-gpio-led-test-3-2.py

from gpiozero import LED

from time import sleep

led_pins=[2, 3, 4, 17]

leds=[]

for i in led_pins:

    leds.append(LED(i))

n=10

while n>0:

    for i in range(4):

        print(f'LED{i} is ON')

        leds[i].on()  

        sleep(0.5)

        print(f'LED{i} is OFF')

        leds[i].off()    

        sleep(0.5)    

    n -= 1

結果如下 (與 RPi.GPIO 版的一樣) :