.NET Core IoT 入门指南:(二)GPIO 的使用

什么是 GPIO

GPIO 是 General Purpose Input Output 的缩写，即“通用输入输出”。 Raspberry Pi 有两行 GPIO 引脚， Raspberry Pi 通过这两行引脚进行一些硬件上的扩展，与传感器进行交互等等。

Raspberry Pi B+/2B/3B/3B+/Zero 引脚图

简单的讲，每一个 GPIO 引脚都有两种模式：输出模式（OUTPUT）和输入模式（INPUT）。输出模式类似于一个电源，Raspberry Pi 可以控制这个电源是否向外供电，比如打开外部的 LED 小灯，当然最有用的还是向外部设备发送信号。输入模式相当于电源的阴极，还是以 LED 小灯为例，只不过这次 LED 小灯的阳极接着外部电源，一个电路只有产生电压差时才会有电流，因此要想让小灯亮需要让电流流入 Raspberry Pi 中。和输出模式相反，输入模式是接收外部设备发来的信号。

GPIO 通常采用标准逻辑电平，即高电平和低电平，用二进制 0 和 1 表示。在这两值中间还有阈值电平，即高电平和低电平之间的界限。 Arduino 会将 -0.5 ~ 1.5 V 读取为低电平，3 ~ 5.5 V 读取为高电平， Raspberry Pi 未查到相关资料。GPIO 还可用于中断请求，即设置 GPIO 为输入模式，值达到相应的要求时进行中断。

相关类（Class）

此处默认各位是面向对象的程序员，具有一定的 C# 基础，这里只介绍本人认为常用的方法，介绍将以代码注释的形式体现。

GPIO 操作主要依赖于两个类： GpioController 、 GpioPin 。这两个类位于 System.Devices.Gpio 名称空间下。

GpioController

// GpioController 即 GPIO 控制器// GPIO 引脚依靠 GpioController 初始化public class GpioController : IDisposable{// 构造函数/* PinNumberingScheme 即引脚编号方案，是一个枚举类型，包含 Board 和 Gpio 两个值。      * 可以看上方的 Raspberry Pi 引脚图，以 GPIO 17 为例，如果实例化时选 Gpio ，那么打开引脚时需要填写 17。     * 如果实例化时选 Board ，那么打开引脚时需要填写右侧灰色方框内的值，即 11 。    */public GpioController(PinNumberingScheme numbering = PinNumberingScheme.Gpio);// 第二个构造函数中的 GpioDriver 应该是用于扩展的，一般还是用 Raspberry Pi 默认的 GPIO 驱动。public GpioController(GpioDriver driver, PinNumberingScheme numbering = PinNumberingScheme.Gpio);// 属性// 获取已打开的所有 GPIO 引脚public IEnumerable OpenPins { get; }// 方法// 打开 GPIO 引脚，pinNumber 需要填写和 PinNumberingScheme 相对应的值。public GpioPin OpenPin(int pinNumber);// 关闭 GPIO 引脚public void ClosePin(int pinNumber);public void ClosePin(GpioPin pin);// 判断某个引脚是否打开// 注意：引脚连续打开会抛出异常public bool IsPinOpen(int pinNumber);}

GpioPin

// GpioPin 表示单个的引脚实体// 需要通过 GpioController.OpenPin() 获取public class GpioPin : IDisposable{// 属性// 一个去抖时间，即在此时间间隔引脚电平变化，不触发 ValueChanged 事件public TimeSpan DebounceTimeout { get; set; }// 事件// 引脚电平变化时触发public event EventHandler ValueChanged;// 方法// 读取当前引脚电平public PinValue Read();// 向引脚写入指定电平public void Write(PinValue value);}

人体红外传感器实验

示例地址：https://github.com/ZhangGaoxing/dotnet-core-iot-demo/tree/master/src/PIR

人体红外传感器是基于周围区域的红外热来检测运动的，也称被动红外传感器（Passive Infra-Red, PIR）。

这里使用的是 HC-SR501 。当传感器检测到人体时，LED 小灯亮，当传感器未检测到人体时，LED 小灯灭。

传感器图像

HC-SR501

硬件

电路

HC-SR501

• VCC - 5V

• GND - GND

• OUT - GPIO 17

LED

• VCC & 220 Ω resistor - GPIO 27

• GND - GND

代码

1. 打开 Visual Studio ，新建一个 .NET Core 控制台应用程序，项目名称为“PIR”。

2. 引入 System.Devices.Gpio NuGet 包。

3. 新建类 HCSR501，替换如下代码（此处略有精简，只为必要的代码，不包含自定义事件，详细可查看提供的示例）：

public class HCSR501 : IDisposable{private GpioPin sensor;private readonly int pinOut;/// 
/// 构造函数/// 
///OUT Pinpublic HCSR501(int pin){pinOut = pin;}/// public class HCSR501 : IDisposable 

{ 

private GpioPin sensor; 

private readonly int pinOut; 

/// <summary> 

/// 构造函数 

/// </summary> 

/// <param name="pin">OUT Pin</param> 

public HCSR501(int pin) 

{ 

pinOut = pin; 

} 

/// <summary> 

/// 初始化 

/// </summary> 

public void Initialize() 

{ 

// 实例化 GpioController 

GpioController controller = new GpioController(PinNumberingScheme.Gpio); 

// 打开引脚，设置模式为输入模式 

sensor = controller.OpenPin(pinOut, PinMode.Input); 

} 

/// <summary> 

/// 读取 

/// </summary> 

/// <returns>是否检测到人体</returns> 

public bool Read() 

{ 

// 当电平为高时，认为检测到人体 

if (sensor.Read() == PinValue.High) 

{ 

return true; 

} 

else 

{ 

return false; 

} 

} 

}
/// 初始化/// 
public void Initialize(){// 实例化 GpioControllerGpioController controller = new GpioController(PinNumberingScheme.Gpio);// 打开引脚，设置模式为输入模式sensor = controller.OpenPin(pinOut, PinMode.Input);}/// 
/// 读取/// 
/// 是否检测到人体public bool Read(){// 当电平为高时，认为检测到人体if (sensor.Read() == PinValue.High){return true;}else{return false;}}}

1. 在 Program.cs 中，将主函数代码替换如下：

   

1. 发布、拷贝、更改权限、运行

效果图

如何改进？

剔除主函数循环，尝试在自定义事件中进行检测，即 GpioPin 的 ValueChanged 事件。