Другие материалы
Существует несколько способов подключения исполнительных механизмов ( освещение и другие электроприборы) для управления через компьютер в системе умного дома или в других электронных поделках.Это и отдельные микроконтроллеры,подключенные через ethernet или через последовательный порт и используя различные беспроводные протоколы.Но существует вариант и простой и очень дешевый - всего в 200 рублей можно уложится в примере,который ниже будет описан.Хотя данный вариант это не полноценный GPIO ,но как минимум управление портами и чтение их состояния возможно.Так же существует ещё вариант GPIO на основе USBasp с возможностью подключения ,например датчиков влажности
Для этого нам необходимо всего два основных радиокомпонента:
1. I2C-USB переходник,который можно получить,перепрограммируя USBasp программатор.Его стоимость на ebay.com всего чуть больше 3$.Можно собрать и самому,но врят ли цена будет ниже..
2.Микросхема MCP23017 - это I2C расширитель портов.Имеет 16 вводов-выводов.Может как читать состояние контактов,так и управлять на них нагрузкой.Примерная цена 1.5$.
Управление MCP23017 возможно как из Linux так и из Windows.
Подключение микросхемы MCP23017 к I2C осуществляется согласно распиновке микросхемы:
Vdd подключаем к плюсу питания,к Vss подключаем минус питания.Для адреса 0х20 замыкаем А0,А1 и А2 на минус.SCL и SDA подключем на соотвествущие выводы GPIO Raspberry PI или переходника I2C-USB.Так же необходимо подключить вывод Reset к плюсу против случайной наводки на вывод и ненамеренного сброса микросхемы в исходное состояние.Согласно стандарту шины I2C выводы SCL и SDA необходимо "подтянуть" на плюс через резисторы 4.7кОм (У Raspberry они уже запаяны на плате).
Пример работы с MCP23017 из Linux
Данный способ подключения и исходный код программы подходит для подключения MCP23017 и к одноплатному компьютеру Raspberry PI и к другим , имеющим на борту Linux.
#include <stdio.h> #include <stdint.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <linux/i2c-dev.h> #include <sys/ioctl.h> #include <string.h> // Строки ниже необходимы для rasbian/debian.В Suse должны быть закаментированы. //#include <linux/i2c.h> //#include "smbus.h" #define mcp_I2C_ADDRESS 0x20 // адрес устройства в сети i2c,задается перемычками A0,A1,A2 на микросхеме. // ниже 2 строки задают направление порта ,1 - на ввод,0 - на вывод. #define mcp_bank_a 0b00000000 //байты 7 по 0 порт #define mcp_bank_b 0b00000000 //байты 8 по 15 порт // следущие 2 строки-подтяжка резистором 100 кОм на +, 1 - включен.Актуально для режима на ввод. #define gppu_bank_a 0b00000000 //байты 7 по 0 порт #define gppu_bank_b 0b00000000 //байты 8 по 15 порт int fd; unsigned int utv; int l=1; int x=0; // Open a connection to the mcp // Returns a file id int mcp_i2c_Begin() { char *fileName = "/dev/i2c-7"; // указать Ваш адрес // Open port for reading and writing if ((fd = open(fileName, O_RDWR)) < 0){ printf("i2c device not found \n"); exit(1); } // Set the port options and set the address of the device if (ioctl(fd, I2C_SLAVE, mcp_I2C_ADDRESS) < 0) { close(fd); printf("on i2c mcp device not found \n"); exit(1); } return fd; } // Read a byte to mcp __s32 mcp_i2c_Read_byte(int fd, __u8 address) { __s32 res = i2c_smbus_read_byte_data(fd, address); if (res < 0) { printf("error \n"); close(fd); exit(1); } return res; } //Write a byte to mcp void mcp_i2c_Write_Byte(int fd, __u8 address, __u8 value) { if (i2c_smbus_write_byte_data(fd, address, value) < 0) { close(fd); exit(1); } } // чтение состояния порта int mcp_read (int mcppin) { if (mcppin < 0 || mcppin >15) { printf("Please select a valid GPIO pin \n"); exit(1); } int fd = mcp_i2c_Begin(); int regbank; if (mcppin < 8){ mcp_i2c_Write_Byte(fd,0x00,mcp_bank_a); mcp_i2c_Write_Byte(fd,0x0c,gppu_bank_a); regbank=0x12; //printf("bank A\n"); } else { mcp_i2c_Write_Byte(fd,0x01,mcp_bank_b); mcp_i2c_Write_Byte(fd,0x0d,gppu_bank_b); regbank=0x13; mcppin=mcppin-8; // printf("bank B\n"); } utv = mcp_i2c_Read_byte(fd,regbank); while(x < mcppin) { x = x+ 1; l=l*2; } if (utv & l) return 1; else return 0; close(fd); } // запрос таблицы статусов портов void mcp_state_in () { int fd = mcp_i2c_Begin(); utv = mcp_i2c_Read_byte(fd,0x12); // printf ("--%d--\n",utv); while(x < 8) { if ((mcp_bank_a & l)) { if ((utv & l)) printf ("%d 1\n",x); else printf ("%d 0\n",x); } else printf ("%d -\n",x); l=l*2; x = x+ 1; } x=0; l=1; utv = mcp_i2c_Read_byte(fd,0x13); // printf ("--%d--\n",utv); while(x < 8) { if ((mcp_bank_b & l)) { if ((utv & l)) printf ("%d 1\n",x+8); else printf ("%d 0\n",x+8); } else printf ("%d -\n",x+8); l=l*2; x = x+ 1; } close(fd); } // установка состояния порта void mcp_write (int mcppin,int mcpst) { if (mcppin < 0 || mcppin >15) { printf("Please select a valid GPIO pin \n"); exit(1); } if (mcpst != 0 && mcpst != 1) { printf("Не верно задан статус порта 0 или 1\n"); exit(1); } int fd = mcp_i2c_Begin(); int regbank; if (mcppin < 8){ mcp_i2c_Write_Byte(fd,0x00,mcp_bank_a); mcp_i2c_Write_Byte(fd,0x0c,gppu_bank_a); regbank=0x14; //printf("bank A\n"); } else { mcp_i2c_Write_Byte(fd,0x01,mcp_bank_b); mcp_i2c_Write_Byte(fd,0x0d,gppu_bank_b); regbank=0x15; mcppin=mcppin-8; // printf("bank B\n"); } utv = mcp_i2c_Read_byte(fd,regbank); while(x < mcppin) { x = x+ 1; l=l*2; } if (!(utv & l) && mcpst==1) mcp_i2c_Write_Byte(fd,regbank,utv+l); if (utv & l && mcpst==0) mcp_i2c_Write_Byte(fd,regbank,utv-l); close(fd); } // запрос таблицы статусов портов void mcp_state_out () { int fd = mcp_i2c_Begin(); utv = mcp_i2c_Read_byte(fd,0x14); // printf ("--%d--\n",utv); while(x < 8) { if (!(mcp_bank_a & l)) { if ((utv & l)) printf ("%d 1\n",x); else printf ("%d 0\n",x); } else printf ("%d -\n",x); l=l*2; x = x+ 1; } x=0; l=1; utv = mcp_i2c_Read_byte(fd,0x15); // printf ("--%d--\n",utv); while(x < 8) { if (!(mcp_bank_b & l)) { if ((utv & l)) printf ("%d 1\n",x+8); else printf ("%d 0\n",x+8); } else printf ("%d -\n",x+8); l=l*2; x = x+ 1; } close(fd); } // основное тело программы int main(int argc, char **argv) { if (argc == 1) { printf("%s <команда>\nin -чтение данных из порта,установленых на ввод\nout-установка состояния порта,установленного на вывод.\n", argv[0]); return 1; } else if (argc == 2) { if(strcmp(argv[1], "out") == 0) mcp_state_out(); else if(strcmp(argv[1], "in") == 0) mcp_state_in(); else printf("Нет такой команды\n"); return 1; } if(strcmp(argv[1], "out") == 0) { if (argc != 4) { printf("Настройка порта: %s <порт> <состояние>\n", argv[0]); return 1; } int mcppin = atoi(argv[2]); int mcpst = atoi(argv[3]); mcp_write (mcppin,mcpst); } else if(strcmp(argv[1], "in")== 0) { if (argc != 3) { printf("Чтение одного порта: %s <порт>\n", argv[0]); mcp_state_in(); return 1; } int mcppin = atoi(argv[2]); printf ("%d\n",mcp_read (mcppin)); } return 0; }
Не забываем поправить номер i2c устройства в исходном коде,у Вас оно может быть другим.
Возможности примера программы mcp_rw:
1.Вывод состояния портов,сконфигурированные на вывод.Команда ./mcp_rw out . Прочерк состояния порта означает,что порт сконфигурирован на ввод.
2.Управление состоянием порта,сконфигурированный на вывод ./mcp_rw out номер_пина состояние_пина(0 или 1).
3.Вывод состояния портов,сконфигурированные на ввод.Команда ./mcp_rw in . Прочерк состояния порта означает,что порт сконфигурирован на вывод.
4.Чтение состояния порта,сконфигурированный на ввод .Команда ./mcp_rw in номер_пина.
В текущем виде программку mcp_rw in можно использовать , вызвав её из других языков,например из php или использовать подпрограммы в своих более полноценных программах на Си.
Схема на макетной плате:
Видео демонстрация работы:
На видео показано как из консоли можно управлять устойствами.Подключено 2 светодиода и блок из 2-х реле.
Обратите внимание,что блок реле управляется нулем,а не единицей.
На скриншоте видим как вводились команды в видеоролике.А так же можно увидеть результат сканирования i2c устройств командой i2cdetect -y 7 ,где находит устройство по адресу 0х20 - это как раз подключеная микросхема MCP23017.В данном случае все выводы,кроме 2, назначены на вывод.
Запуск утилиты требует права суперпользователя,если на устройство /dev/i2c не назначены полные права.
Пример работы с MCP23017 из Windows
Программа написана на Си используя cygwin,основана на примерах из i2c_tiny_usb.Управление пинами MCP23017 через данную утилиту осуществляется аналогично примеру из Linux.
Качаем программу тут ,перед запуском не забываем про драйвер для переходника I2C-USB.Работа программы проверена только через переходник i2c_tiny_usb.
Программа создает файл pinsmode.cfg ,где указывается режим работы выводов в виде 16 единиц и нулей -нумерация справа налево ! Состояние 0 - вывод назначен как вывод.Состояние 1 - вывод назначен как ввод.По умолчанию все выводы назначены на вывод -т.е. в файле все нули.Обратите внимание,что pinsmode.cfg должен находится там,откуда идет вызов программы:
Например в данном случае файл pinsmode.cfg должен находится в папке C:\mcp_win\ .Этот пример ярлыка включает единичку на 1 порте.
Принимаются предложения и пожелания по доработке утилиты.