Criar um programa GUI para Raspberry Pi e Arduino

Criar um programa GUI para Raspberry Pi e Arduino

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Este artigo descreve o procedimento para configurar o Arduino como um dispositivo escravo, que obtém todos os sinais de controle do Raspberry Pi executando um programa Python. O programa apresentado aqui fornece etapas simples para a interface do Raspberry Pi e do Arduino. O Arduino como escravo também pode ser usado para controlar dispositivos elétricos, incluindo LEDs e servos.

O Raspberry Pi, um computador do tamanho de um cartão de crédito, possui uma boa capacidade de computação, mas não tem a capacidade de se conectar a dispositivos de campo. Isso ocorre porque é um dispositivo de 3,3V e não possui canais analógicos.

O Arduino, por outro lado, é um dispositivo de 5V que pode se conectar com sensores de campo e possui muitos canais de E / S analógicos, PWM e digitais. Este artigo tenta trazer à tona o melhor dos dois mundos, usando o poder de computação do Arduino e do Raspberry Pi que pode alcançar quase qualquer coisa.

A interface Tkinter é usada para criar uma interface gráfica do usuário (GUI) para controlar um pino de E / S do Arduino. (Nota: as placas Raspberry Pi 4 e Arduino Uno R3 foram usadas durante os testes no EFY Labs.)

A configuração de hardware do projeto é mostrada na Fig. 1 e o diagrama de blocos do projeto é mostrado na Fig. 2.

Fig. 1: Configuração do hardware do projeto
Fig. 1: Configuração do hardware do projeto
Fig. 2: Diagrama de blocos do projeto
Fig. 2: Diagrama de blocos do projeto

O desenvolvimento de software para este artigo está dividido em três partes, da seguinte maneira:

1. Instalando as bibliotecas Nanpy no sistema operacional Raspberry Pi

2. Instalando as bibliotecas Nanpy no Arduino

3. Escrevendo uma GUI com o Tkinter para controlar o LED integrado do Arduino

Instalação do Nanpy no Raspberry Pi

As etapas para instalar o Nanpy no Raspberry Pi são fornecidas abaixo.

1. Ligue o Raspberry Pi e conecte-o à Internet usando Wi-Fi ou Ethernet. Abra o terminal Raspberry Pi e o prompt será aberto conforme indicado abaixo.

[email protected] – $

2. Digite o seguinte comando para instalar todas as atualizações no Raspberry Pi e ter todos os pacotes atualizados:

$ sudo apt-get update

3. Instale o Arduino IDE no Raspberry Pi, conforme indicado abaixo.

$ sudo apt – obtenha a instalação do Arduino

4. Vá para a pasta Downloads usando o comando cd, conforme indicado abaixo.

$ cd Downloads

A pasta de downloads pode ter outro conteúdo. É uma boa ideia limpar todo o conteúdo da pasta.

Quando você navega para a pasta Downloads, o prompt será como mostrado abaixo.

$ [email protected] ~ / Downloads / $

5. Digite o seguinte comando para instalar a pasta nanpy do Github no Raspberry Pi

Pasta de downloads:

$ git clone https://github.com/nanpy/nanpy

6. Digite o seguinte comando:

$ git clone https://github.com/nanpy/nanpy-firmware

Isso instalará o firmware nanpy do Github na pasta Downloads.
Nesse estágio, se você usar o comando ls, haverá duas pastas listadas: nanpy e nanpy-firmware. Renomeie o nanpy-firmware como nanpyfirmware.

7. Digite o seguinte comando, seguido por ls:

$ cd nanpyfirmware

Isso levará você ao diretório nanpyfirmware. Liste o conteúdo com um arquivo chamado configure.sh. Execute esse arquivo executando o comando fornecido abaixo.

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$. / configure.sh

8. Navegue para o diretório nanpy usando o seguinte comando, seguido por ls:

$ cd nanpy

Ele exibirá o conteúdo do diretório. O diretório nanpy mostrará um arquivo chamado cfg.h. Esse arquivo tem a opção de adicionar as opções da biblioteca do Arduino necessárias, configurando o conteúdo como 1. No Raspberry Pi, o conteúdo do arquivo pode ser editado usando o nano ou o Leafpad. Por exemplo, para habilitar o uso de servo com nanpy, defina o parâmetro como indicado abaixo.

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#define USE_Servo
(0 = Desativado, 1 = Ativado.)

Da mesma forma, para usar o dispositivo One Wire, defina o parâmetro como indicado abaixo.

#define USE_Wire

9. Copie os arquivos nanpy para o bloco de desenho do Arduino. Mas primeiro abra o IDE do Arduino no Raspberry Pi e verifique se o IDE do Arduino é aberto sem erros. Em seguida, usando o Gerenciador de arquivos, verifique se há o diretório / sketchbook / libraries na pasta Home.

10. Navegue de volta para o diretório Downloads usando o comando cd .. duas vezes. Em seguida, use o seguinte comando:

$ cp avr-nanpyfirmware / ~ / caderno de desenho /
bibliotecas

Em alguns casos, esse comando gera um erro; portanto, é melhor copiar os arquivos para a pasta Home e, em seguida, copiá-los para o bloco de desenho / bibliotecas.

Instalação do Nanpy no Arduino IDE

As etapas para instalar o Nanpy no Arduino IDE são:

1. Conecte a placa Arduino Uno ao Raspberry Pi usando um cabo USB padrão. Abra o IDE do Arduino e navegue para nanpy no menu do IDE.

Arquivos → Caderno de desenho → Bibliotecas → nanpyfirmware → nanpy

2. Abra o código Nanpy no IDE do Arduino (Fig. 3) e selecione Arduino Uno em Ferramentas e na porta COM correta. Compile e faça o upload do código na placa do Arduino.

Fig 3: A janela do Arduino IDE é aberta no Raspberry Pi OS
Fig 3: A janela do Arduino IDE é aberta no Raspberry Pi OS

3. Volte ao terminal Linux e navegue até a pasta Downloads e insira o comando cd nanpy, seguido pelo comando ls. Quando o comando ls é executado, os arquivos no diretório nanpy serão exibidos e haverá um arquivo chamado setup.py.

4. Para instalar arquivos nanpy para Python 3 no Raspberry Pi, use o seguinte comando:

Configuração do $ sudo python3.
$ py install

Isso instalará arquivos nanpy para Python 3 no Raspberry Pi.

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5. Se o Python 2 for usado no Raspberry Pi, use o comando fornecido abaixo.

Instalação do $ sudo python setup.py

Após abrir o arquivo nanpy, faça o download do mesmo para o Arduino após a verificação. A placa Arduino agora está pronta como escrava da placa Raspberry Pi. Ele aceitará comandos do Raspberry Pi e servirá conforme solicitado.

Programação em Python e Tkinter para controlar o pino de E / S do Arduino

Nesta seção, desenvolveremos um aplicativo Python usando a interface Tkinter. No mais recente sistema operacional para Raspberry Pi, o Python 3 e o Tkinter são pré-instalados.

Como exemplo, escreveremos um código Python (Nanpy-Arduino_Slave.py) para estabelecer uma conexão entre o Raspberry Pi e o Arduino. Usando dois botões no Tkinter, podemos ligar e desligar o LED interno conectado ao pino 13 no Arduino Uno.

Faça o download do código Python (Nanpy-Arduino_Slave.py) e abra-o no terminal usando os seguintes comandos:

$ cd Downloads
$ python3 nanpy-Arduino_Slave.py

O programa importa primeiro todos os módulos necessários do nanpy e do Tkinter. Em seguida, usando o Tkinter, um quadro é criado junto com dois botões – ligado e desligado.

Agora, uma GUI será aberta com dois botões (ativado e desativado). Quando você clica em “on”, o LED integrado acende; quando você clica em ‘off’, o LED se apaga. O procedimento é simples; basta escrever 1 para ligar e 0 para desligar no pino 13 do Arduino. A captura de tela final da saída do programa é mostrada na Fig. 4.

Fig. 4: Programa GUI com controles liga e desliga
Fig. 4: Programa GUI com controles liga e desliga

Para baixar a pasta de origem: Clique aqui


Santhosh Jayarajan é um designer de eletrônicos e programador de computador que trabalha em uma empresa privada em Mumbai



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