El LED parpadeante

En la entrada anterior introduje brevemente a la Raspberry Pi (RPi). Ahora toca elaborar nuestro primer proyecto usando esta plataforma. Vamos a programar en Python uno de los pines de GPIO (Entrada/Salida de Propósito General) para controlar el parpadeo de un LED. Este proyecto es considerado el “¡Hola Mundo!” de la electrónica.

El hardware

Además de la RPi correctamente configurada y funcional, requeriremos los siguientes componentes:

• Un protoboard.
• Un LED (diodo emisor de luz).
• Una resistencia de 330Ω (bandas naranja, naranja, café).
• Dos cables conectores.

Es muy importante conectar los componentes de forma correcta para evitar todo tipo de problemas. El ánodo del LED (la patita larga) se conecta al pin GPIO 24 de la RPi, mientras que el cátodo (la patita corta) se conecta a la resistencia. El otro extremo de la resistencia se conecta a tierra (cualquiera de los pines GND de la RPi). La siguiente figura, elaborada con Fritzing, muestra cómo se ven los componentes ya conectados:

Vista de protoboard Fritzing de un LED conectado a la RPi.

La resistencia se necesita con el fin de evitar que el LED reciba demasiada corriente y se dañe. Para no complicar demasiado las cosas, se recomienda utilizar una resistencia entre 270Ω y 330Ω (si se requiere ser más precisos al respecto, se debe aplicar la Ley de Ohm y conocer la tensión del LED así como la corriente que pasa por éste).

La siguiente foto muestra físicamente la forma en que se ven las conexiones de nuestros componentes electrónicos:

Vista física de un LED conectado a la RPi.

Hay que notar que en la foto se aprecia un GPIO breakout (la tarjeta de interfaz negra) que facilita conectar la RPi al protoboard a través de un cable plano. En este caso, los cables conectores a utilizar deben ser macho-macho. Si no se cuenta con el breakout, se pueden usar cables conectores macho-hembra para conectar directamente los pines GPIO de la RPi al protoboard.

El software

Ahora veremos la manera de escribir nuestro programa en Python. Primeramente necesitamos importar el módulo RPi.GPIO:

import RPi.GPIO as GPIO

De esta forma podemos referirnos al módulo simplemente usando el identificador GPIO. Las distribuciones recientes de Raspian traen pre-instalado este módulo para Python 2.7.

Como segundo paso, necesitamos indicar la manera en que estaremos haciendo referencia a los números de pin de la RPi. El módulo RPi.GPIO permite hacerlo de dos formas:

• BOARD: Los pines se numeran usando la distribución física de la cabecera de expansión P1 de 26 pines.
• BCM: Los pines se numeran según la designación de canales de Broadcom SoC (System-on-a-chip). En otras palabras, se usan los números GPIO.

La siguiente figura (adaptada de elinux.org) muestra la correspondencia entre la numeración de los pines BOARD (fondo blanco) y los pines BCM (fondo naranja):

Numeración de pines BOARD (blanco) y BCM (naranja),
para la RPi modelo B, revisión 2.

Por ejemplo, el pin GPIO 24 corresponde al pin físico 18, mientras que el pin GPIO 17 corresponde al pin físico 11.

La función GPIO.setmode() recibe como argumento GPIO.BOARD o GPIO.BCM para indicar el esquema de numeración a utilizar:

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

En nuestro proyecto usaremos la numeración BCM. Hay que notar que se debe tener algo de cuidado con este esquema, ya que hay algunas diferencias sutiles entre las revisiones 1 y 2 del modelo B de la RPi. Sin embargo, el proyecto que estamos construyendo debe funcionar sin problemas con cualquiera de las dos revisiones. En nuestro programa de Python podemos utilizar el valor de la constante simbólica GPIO.RPI_REVISION para averiguar el número de revisión.

El tercer paso consiste en indicar la dirección (entrada o salida, usando GPIO.IN o GPIO.OUT, respectivamente) que usaremos con el pin 24:

GPIO.setup(24, GPIO.OUT)

La documentación le llama a lo anterior “establecer un canal”.

Ahora, para controlar nuestro LED solo tenemos que usar la función GPIO.output(), indicando como argumentos el número de pin y GPIO.HIGH si queremos prender el LED o GPIO.LOW si lo queremos apagar. Por ejemplo:

GPIO.output(24, GPIO.HIGH)

Para producir un efecto de parpadeo necesitamos prender el LED, pausar por un tiempo, apagar el LED, volver a pausar, y repetir lo anterior cuantas veces queramos. Para pausar un momento nuestro programa en Python podemos usar la función sleep() del módulo time, la cual recibe como argumento la cantidad de segundos que se debe detener.

Finalmente, se recomienda invocar a la función GPIO.cleanup() para reiniciar todos los canales de GPIO y con esto asegurarnos que el LED quede apagado y también evitar algunos mensajes de advertencia que pudieran aparecer la siguiente vez que se corra nuestro programa. Dado que deseamos que siempre ocurra esto al final del programa (sin importar si éste terminó de forma normal o a raíz de una excepción), lo más conveniente es colocar la instrucción GPIO.cleanup() como parte de la cláusula finally de una instrucción try.

El siguiente programa completo integra lo que se discutió anteriormente:

# Archivo: parpadea.py

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# Constantes
TIEMPO_PAUSA = 0.5     # Las pausas duran medio segundo.
PIN_LED = 24           # Pin donde esta conectado
                       # el anodo del LED.

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(PIN_LED, GPIO.OUT)

try:
    # Ciclo infinito.
    # Para terminar el programa de debe presionar Ctrl-C.
    while True:
        GPIO.output(PIN_LED, GPIO.HIGH)
        time.sleep(TIEMPO_PAUSA)
        GPIO.output(PIN_LED, GPIO.LOW)
        time.sleep(TIEMPO_PAUSA)
finally:
    GPIO.cleanup()

Para correr el programa, requerimos ejecutar el siguiente comando desde una terminal en el mismo directorio donde radica el archivo parpadea.py:

sudo python parpadea.py

El comando debe empezar con sudo debido a que el programa de Python necesita privilegios de administrador para poder manipular los puertos de GPIO.

Cuando corremos el programa, el LED se prende por medio segundo, y luego se apaga durante otro medio segundo. Esto se repite indefinidamente hasta que  presionemos Ctrl-C para terminar el programa. Podemos cambiar el valor de la constante simbólica TIEMPO_PAUSA para hacer que el LED parpadee más lento o más rápido.

Usamos la constante simbólica PIN_LED para indicar el número de pin GPIO al que conectamos el ánodo del LED. Si después queremos usar otro número de pin, solo tenemos que cambiar este dato en un solo lugar de nuestro programa y no en múltiples sitios.

Si por fin logramos hacer funcionar este proyecto, entonces estamos listos para hacer proyectos más complicados e interesantes. ¡Yupi!