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2.1 Taster

Einführung

In diesem Projekt lernen wir, wie ein Taster verwendet wird, um eine LED zu steuern. Taster sind grundlegende Eingabegeräte, die in vielen elektronischen Projekten eingesetzt werden, um mit Schaltungen und Systemen zu interagieren.

Benötigte Komponenten

Um dieses Projekt durchzuführen, benötigen Sie die folgenden Komponenten:

KOMPONENTE	KAUFLINK
Steckbrett	BUY
Jumper-Kabel	BUY
Widerstand	BUY
LED	BUY
Taste	BUY
Fusion HAT+	-
Raspberry Pi	-

Schaltplan

Wir verwenden einen normalerweise offenen Taster als Eingang für den Raspberry Pi. Wenn der Taster gedrückt wird, erhält GPIO17 ein High-Signal (3,3 V). Der Raspberry Pi erkennt dieses Signal und schaltet die LED ein. Die Schaltungsverbindungen sind in den folgenden Diagrammen dargestellt:

Verdrahtungsdiagramm

Folgen Sie diesen Schritten, um die Schaltung aufzubauen:

Verbinden Sie die Anode (langer Pin) der LED über einen strombegrenzenden Widerstand mit einem GPIO-Pin (GPIO22).
Verbinden Sie die Kathode (kurzer Pin) der LED mit Masse (GND).
Verbinden Sie einen Anschluss des Tasters mit GPIO17 und den anderen Anschluss mit Masse (GND).

Beispiel ausführen

Der gesamte Beispielcode, der in diesem Tutorial verwendet wird, befindet sich im Verzeichnis ai-lab-kit. Folgen Sie diesen Schritten, um das Beispiel auszuführen:

cd ~/ai-lab-kit/python/
sudo python3 2.1_Button.py

Dieses Python-Skript demonstriert eine interaktive Schaltung, bei der ein Taster eine LED steuert. Beim Ausführen passiert Folgendes:

Beim Drücken des Tasters (verbunden mit GPIO-Pin 17) wird die LED (verbunden mit GPIO-Pin 22) eingeschaltet.
Beim Loslassen des Tasters wird die LED ausgeschaltet.
Das Programm läuft unbegrenzt weiter und überwacht Tastendrücke und -freigaben, um die LED entsprechend zu steuern.

Code

Der folgende Python-Code schaltet die LED abhängig vom Drücken und Loslassen des Tasters ein bzw. aus:

#!/usr/bin/env python3
from fusion_hat.pin import Pin, Mode, Pull
from signal import pause  # Import pause function from signal module

# Initialize an LED object on GPIO pin 22
led = Pin(22,mode=Mode.OUT)
# Initialize a Button object on GPIO pin 17
button = Pin(17, mode=Mode.IN, pull=Pull.DOWN)

# # Link the button's "when_activated" event to the LED's high() method
button.when_activated = led.high

# # Link the button's "when_deactivated" event to the LED's low() method
button.when_deactivated = led.low

# Run an event loop that waits for button events and keeps the script running
print("CTRL + C to exit")
pause()

Code verstehen

Bibliotheken importieren

Die fusion_hat-Bibliothek stellt eine einfache Schnittstelle zur Steuerung der GPIO-Pins bereit, und das Modul signal wird verwendet, um das Programm dauerhaft laufen zu lassen.
```
#!/usr/bin/env python3
from fusion_hat.pin import Pin, Mode, Pull
from signal import pause  # Importiere die Funktion pause aus dem signal-Modul
```

Initialisierung der Komponenten

Die LED ist mit GPIO-Pin 22 verbunden, und der Taster ist mit GPIO-Pin 17 verbunden.

# Initialisiere ein LED-Objekt auf GPIO-Pin 22
led = Pin(22,mode=Mode.OUT)
# Initialisiere ein Button-Objekt auf GPIO-Pin 17
button = Pin(17, mode=Mode.IN, pull=Pull.DOWN)

Ereignisbehandlung

Die Ereignisse when_activated und when_deactivated werden jeweils mit den Methoden high() und low() der LED verknüpft. Dadurch wird sichergestellt, dass die LED eingeschaltet wird, wenn der Taster gedrückt wird, und ausgeschaltet wird, wenn der Taster losgelassen wird.
```
button.when_activated = led.high
button.when_deactivated = led.low
```
Ereignisschleife

Die Funktion pause() hält das Programm aktiv und wartet auf Ereignisse beim Drücken und Loslassen des Tasters.
```
pause()
```

Fehlerbehebung

LED leuchtet nicht
- Ursache: Falscher GPIO-Pin oder fehlerhafte LED-Verdrahtung.
- Lösung: Überprüfen Sie, ob das positive Bein der LED mit GPIO-Pin 22 verbunden ist und das negative Bein über einen Widerstand mit Masse (GND).
Tastendruck hat keine Wirkung
- Ursache: Falsche Verdrahtung des Tasters oder falsche GPIO-Konfiguration.
- Lösung: Stellen Sie sicher, dass der Taster korrekt mit GPIO-Pin 17 und Masse (GND) verbunden ist.
LED bleibt immer an oder aus, unabhängig vom Tastenzustand
- Ursache: Der Taster löst möglicherweise keine Ereignisse aus.
- Lösung: Überprüfen Sie die Funktion des Tasters, indem Sie seine Verbindung mit einem Multimeter oder einer einfachen Testschaltung prüfen.

Erweiterungsideen

LED-Zustand umschalten (Toggle)

Ändern Sie das Skript so, dass der LED-Zustand bei jedem Tastendruck umgeschaltet wird, anstatt sie direkt ein- oder auszuschalten:
```
def toggle():
   if led.value() == 1:
      led.off()
   else:
      led.on()

button.when_activated = toggle
```

Mehrere LEDs steuern

Steuern Sie mehrere LEDs mit einem einzigen Taster und wechseln Sie zwischen verschiedenen Mustern:

leds = [LED(17), LED(27), LED(22)]
current_led = 0

def cycle_leds():
   global current_led
   leds[current_led].off()
   current_led = (current_led + 1) % len(leds)
   leds[current_led].on()

button.when_activated = cycle_leds

Dauer des Tastendrucks

Fügen Sie Funktionen hinzu, die unterschiedliche Aktionen ausführen, je nachdem wie lange der Taster gedrückt wird:

from time import time

press_time = None

def start_timer():
   global press_time
   press_time = time()

def check_duration():
   global press_time
   duration = time() - press_time
   if duration < 2:
      led.on()
   else:
      led.off()

button.when_activated = start_timer
button.when_deactivated = check_duration

Entprellung (Debouncing)

Implementieren Sie eine softwarebasierte Entprellung für eine genauere Erkennung von Tastendrücken:

from time import time

press_time = None
debounce_time = 0.2

def press():
   global press_time
   press_time = time()

def debounce():
   global press_time
   current_time = time()
   duration = current_time - press_time
   if duration < debounce_time:
      return
   else:
      led.on()

button.when_activated = press
button.when_deactivated = debounce

Fazit

Dieses Projekt zeigt, wie ein Taster verwendet werden kann, um eine LED mit dem Fusion HAT+ zu steuern. Taster sind vielseitige Komponenten und können in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden – von einfachen Schaltungen bis hin zu komplexen interaktiven Systemen.