用PYTHON玩转树莓派和MEGAPI

将学科知识与项目活动相结合，是中小学生STEM教育课程的好教材。本书适合有一定开源软硬件知识基础的中学生，可作为他们创客课程、机器人课程的教材使用，也可作为各种培训机构教学参考用书。

本书主要介绍MegaPi与树莓派的结合，树莓派用户如何利用Python就能实现对MegaPi上各种电机及电子模块的控制。本书力图拓展学生的视野，知识的广度和深度，从而成为中学生STEM教育课程的一个尝试与探索。本书适合已经有一定开源软硬件知识基础的高中信息技术课程使用，也可以作为各种培训机构教学参考用书。

王德庆，男，49岁，首都师范大学数学系计算机专业毕业，现为北京工业大学附属中学高中部教师，教研组长，学科带头人，朝阳区机器人教研组组长。1998年开始从事机器人教育教学活动，2012年开始进行开源软硬件、创客教育应用实践。长期坚持一线教学和竞赛辅导，经验丰富。擅长乐高，LabView，开源软硬件，STEM课程。辅导学生获得北京市级以上的奖项近300项。北京市靠前科技教师，著有《机器人创新与实践》（上下册）。

第1 章 Python 基础 111 Python 简介与安装 112 Python 基本语法 613 Python 程序结构控制 1314 Python 函数与类 17第2 章 MegaPi 基础 2621 MegaPi 简介 2622 Python 控制MegaPi 31第3 章 树莓派基础 3231 树莓派简介 3232 树莓派开发环境 3533 Python 控制树莓派GPIO 4134 OpenCV 编程 4835 天气预报小程序 58第4 章 树莓派与MegaPi 结合 6041 树莓派与MegaPi 连接与通信 6042 树莓派与MegaPi 结合实例 64参考文献 83

    第 3 章 树莓派基础 3.1 树莓派简介 3.1.1 树莓派的应用场合 树莓派是为学习计算机编程而设计的，其系统基于 Linux。它由注册于英国的慈善组织 Raspberry Pi 基金会开发。它的外形只有信用卡大小，却具有计算机的所有基本功能。别看 其外表“娇小”，内“心”却很强大，视频、音频等功能皆有，可谓“麻雀虽小，五脏俱全”。 只须接通电视机和键盘，就能执行如电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等诸多功能。 与 PC 和笔记本电脑相比，树莓派的处理能力要差很多，不适合应用于对处理能力要 求较高的场合，但相比于 Arduino、STM32 等较为流行的单片机系统，它的处理能力高出 一大截。普通计算机主板是依靠硬盘存储数据的，而树莓派使用 SD 卡作为“硬盘”，也可 以外接 USB 硬盘。 树莓派价格低廉，这意味着其用途更加广泛，将其打造成很好的多媒体中心也是一个 不错的选择。利用树莓派可以播放视频，甚至可以通过电视机的 USB 接口供电。 树莓派适合的应用场合如下。 （1）作为一个低能耗的 Linux 家用服务器，用于运行硬件性能可以满足的软件，可提 供各种服务（如网络相关、文件相关、视频音频相关）。 （2）连接硬件用来做数据采集、监控、分析、发布等事情。 （3）作为类似小车、飞行器、机器人、智能家居等智能设备的控制中心。 （4）作为一个计算机的轻量级替代物，用于一些简单的场景，或者用来作软件开发启蒙， 适合预算不足以购买计算机的用户（主要是孩子）。这个是设计树莓派的最初目的。 （5）用于青少年的编程学习。 （6）用于搭建原型产品。 3.1.2 树莓派 3 本书主要介绍树莓派 3 的应用。 树莓派 3 实物如图 3-1 所示。 图3-1 树莓派 3 实物 树莓派 3 是第三代树莓派，硬件资源如下。 （1）CPU 为 4 核 1.2GHz 博通 BCM2837，64 位处理器，1GB RAM。 （2）板载 BCM43438 无线 Wi-Fi 模块和低功耗蓝牙模块。 （3）40 个扩展 GPIO 口，4 路立体声输出和复合视频端口。 （4）全尺寸 HDMI 接口，Micro SD 卡插槽。 （5）CSI 摄像头接口，可以连接树莓派摄像头。 （6）DSI 显示屏接口，可以连接树莓派专用显示屏。 3.1.3 树莓派 GPIO 与引脚编号 树莓派的 GPIO 引脚是数字引脚，可以将它的输出设为高或低，或者通过它读取输入 的高低电平。如果想读取模拟输入设备的值，还需要使用 ADC（模数转换器）芯片。 树莓派 GPIO 引脚编号的方式有两种 ：一种是 GPIO 编号 ；另一种是板上的自然编号。 GPIO编号是Broadcom提供的一种编号规则，它和Broadcom片上系统中的信道编号相对应， 这些编号看起来没有什么规律，也没有什么好的办法记住它们 ；自然编号是根据板子上引 Ypwzw.indd 33 2019.5.13 5:15:45 PM34 用 Python 玩转树莓派和 MegaPi 脚的位置进行编号，自下而上，从左到右，依次进行编号。表 3-1 列出了树莓派两种引脚 编号的对照表。 表 3-1 树莓派引脚编号的对照表 Python 既可以使用 GPIO 编号，也可以选择使用自然编号。