※本文最初发表于2020年2月12日，对其重新编辑后于2022年3月14日再次发表。
第1篇：开始使用新产品“Raspberry Pi 4”！
第2篇：Raspberry Pi 4的设置！
第3篇：无头模式下熟练使用Raspberry Pi 4！
大家好，我是吉田！
在本系列连载中，我将使用Raspberry Pi 4 Model B（Raspberry Pi4），和各位读者朋友一起，对Raspberry Pi的设置以及电子制作的基础知识进行回顾，本篇是最终篇。
在第一篇到第3篇中，我已经给大家介绍了Raspberry Pi OS（Raspbian Buster）的安装、环境设置以及基本使用方法。在本篇中，我将使用GPIO（数据输入输出端口），连接传感器等器件，实际进行电子作品的制作。
目录
本项目所需部件
Raspberry Pi和硬件的连接（GPIO）
Raspberry Pi 4连接传感器并进行测量
点亮LED（NeoPixel）
LED和传感器联动工作
总结
1. 本项目所需部件
Raspberry Pi 4Model B
(如果使用入门套件等套装产品，里面会包含启用所需的相关部件。）
BME280温湿度传感器
16-LED neopixel 环
迷你面包板
2. Raspberry Pi和硬件的连接（GPIO）
Raspberry Pi上有很多用于硬件连接的接口，包括用于数字输入输出的GPIO和摄像头、音响等接口。通过这些接口与硬件连接，就可以制作各种各样的电子作品。
GPIO连接
Raspberry Pi主要是通过40个被称为GPIO（General Purpose Input Output）的端口与硬件进行连接，也就是Raspberry Pi左下角的1号引脚到右上角的40号引脚。通过下图所示的GPIOxx编号，可以在程序中进行指定。
[GPIO引脚分配] https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio/
各个GPIO引脚的功能事先已经分配完毕，这些引脚的功能区分大致如下：
电源和GND: Raspberry Pi上事先已经指定了3.5V和5V的供电引脚各2个，除此以外，还有8个GND引脚（电压0V）。
数字输入输出: 除了上述端口之外，其他的端口都可以用于数字输入输出。具体来说，就是可以根据需要，通过GPIO2〜27来连接LED和开关等部件，进行电子作品的制作。另外，这些端口可以支持数字输入输出和PWM（模拟输出）等通信方式。
PWM：Raspberry Pi虽然原则上只能处理数字信号（0或1），但实际上也能进行伪模拟输出（电压的阶梯输出）。通过伪模拟输出，可以调节LED的亮度，也可以指定伺服电机的角度。这种控制方式叫PWM（Pulse Width Modulation），26个GPIO引脚都可以作为软件PWM使用。
除此之外，有些引脚还支持用于连接LCD显示器等设备的I2C(Inter-Integrated Circuit)标准、UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)、SPI(Serial Pheripheral Interface)等串行通信方式。这些引脚也是事先指定的，如果启用这些串行通信方式，则与之重复的引脚不能用作GPIO引脚。
3. Raspberry Pi 4连接传感器并进行测量
接下来，我们将Raspberry Pi 4和传感器连接，进行相应的测量。首先，我们尝试使用BME280这款常用的温湿度传感器。
该传感器在刚刚提到的GPIO中，也是使用I2C通信方式。为此，我们先需要通过Raspberry Pi的配置工具raspi-config来启用I2C。具体的做法就是在raspi-config中选择“Interfacing Options”，然后选择“Enable I2C”。
$ sudo raspi-config
在实际进行连接时，请参照引脚分配的图片和下表，连接BME280和Raspberry Pi的GPIO。
BME280引脚 (左起)
Raspberry Pi GPIO
Vio
3.3V
Vcore
NA(无连接)
GND
GND
CSB
3.3V
SDI
GPIO2
SCK
GPIO3
SDO
GND
传感器和Raspberry Pi连接完成之后，为了操控传感器，需要安装几个I2C库。安装完成后，我们再通过命令，确认连接的传感器是否可以使用。
$ sudo apt install i2c-tools python-smbus
$ sudo i2cdetect -y 1
运行I2C Detect命令后，如下图所示，确认可以通过BME280的默认地址0x76进行通信。
确认连接正常后，因为BME280有相应的示例程序，所以我们来试用一下。
$ sudo git clone https://github.com/SWITCHSCIENCE/BME280.git
$ sudo pip install smbus2
$ python BME280/Python27/bme280_sample.py
运行该程序，轻轻松松地就得到了温度、湿度、气压的相应数值！
4. 点亮LED（NeoPixel）
通过使用GPIO的数字输入输出，能够正常获取传感器的测量数值之后，我们接下来试一下其他的硬件。在本项目中，我用的是LED中可以发出多色光的NeoPixel这款产品。该产品只要连接三根电线，就能让连接在一起的LED发光，而且该产品还有对应的库文件，作为灯饰使用不仅非常方便快捷，装饰效果也非常亮眼。
这款NeoPixel是由16颗LED连在一起的环状产品。它背面有三个连接端口，我们需要在端口处用焊上电线，用来连接Raspberry Pi。在进行连接时，只需要连接Raspberry Pi的电源正、电源负和输入引脚这三个引脚即可。请参考下表进行接线。
NeoPixel
(顺时针方向)
Raspberry PiGPIO
Input
GPIO18 (黄色)
5V DC
5V (橙色)
Ground
GND (黑色)
接着，我们参照Adafruit 网站的提示，进行库的安装。
$ sudo pip3 install adafruit-circuitpython-neopixel
该网页上还提供了示例程序“neopixel_simpletest.py”，该程序也需要下载。下载完成后，打开该程序，对下述部分进行修改，这样才能用在Raspberry Pi上。
# pixel_pin = board.NEOPIXEL #注释掉
pixel_pin = board.D18 #取消注释（启用D18）
num_pixels = 16 #这次用的是16-LED neopixel环，所以需要对它进行指定
然后，使用python3运行修改之后的程序。此时需要注意的是，程序运行有权限要求，需要用sudo运行。
$ sudo python3 neopixel_simpletest.py
使用该示例程序时，LED会先后亮R（红）、G（绿）、B（蓝）这三种颜色，再变成旋转的霓虹色，看起来非常炫酷。
5. LED和传感器联动工作
接下来是最后一个环节，我们要让该LED（NeoPixel）根据传感器测量出来的数值，改变发光方式。具体而言，就是要根据房间内的温度和湿度，改变NeoPixel的颜色。我们先将BME280和NeoPixel都安装到Raspberry Pi上，然后把它们放入盒子等容器中。
在程序方面，我们设定为当室温低于15℃时发蓝光，表示室内“寒冷！”；当温度处于15~25℃之间时发绿光，表示室内温度“适宜！”；当湿度达到70%以上时发红光，表示室内“闷热！”。
我们先复制刚刚使用的BME280示例程序，并创建temp_led.py程序。
$ sudo cp ~/BME280/Python27/bme280_sample.py ~/Programs/temp_led.py
具体做法就是在原来的bme280_sample程序中，添加下图所示的黄色部分的内容。
#coding: utf-8
from smbus2 import SMBus
import time
import RPi.GPIO as GPIO
interrupted = False
GPIO.setwarnings(False)
import time
import board
import neopixel
pixel_pin = board.D18
num_pixels = 16
ORDER = neopixel.GRB
pixels = neopixel.NeoPixel(pixel_pin, num_pixels, brightness=0.2, auto_write=False,
pixel_order=ORDER)
bus_number = 1
i2c_address = 0x76
…
setup()
get_calib_param()
if __name__ == '__main__':
try:
temp, press, hum = readData()
except KeyboardInterrupt:
pass
if temp:
msg = "今の室温は、" + str(round(temp,1)) + "度、湿度は、" + str(round(hum,1)) + "パーセントです！"
if temp > 25:
msg += "暑くないですか？"
pixels.fill((255, 0, 0))
elif temp < 15: msg += "寒いですね！" pixels.fill((0, 0, 255)) elif hum > 70:
msg += "蒸し蒸ししますね"
pixels.fill((255, 0, 0))
else:
msg += "快適です！"
pixels.fill((0, 255, 0))
pixels.show()
print (msg)
time.sleep(3)
pixels.fill((0, 0, 0))
pixels.show()
bme280_sample.ino hosted with ❤ by GitHub然后，通过sudo python3运行该程序。
这样，如果室内温度过低，就会亮蓝光。
寒冷状态
另外，当我们通过向传感器吹气等方式改变室内温度或湿度时，LED的发光颜色也会发生相应的变化。
舒适状态（15℃– 25℃，湿度70%以下）
温度、湿度过高
6. 总结
本文是介绍Raspberry Pi 4的系列连载中的第4篇，在本篇中，我们使用传感器等器件，完成了一款电子作品的制作。大家应该也学到了传感器的连接、LED（NeoPixel）的使用等基础知识吧。
Raspberry Pi4经过增加内存容量等产品升级后，已经能够适用于高性能的处理等应用场景，不过本文仅仅介绍了很基础的电子制作方法。
如果各位读者朋友读了本系列连载文章之后，对Raspberry Pi和电子制作已经产生了兴趣，建议大家一定要使用Raspberry Pi4来挑战更为有趣的电子作品的制作。
最后，祝愿大家在Raspberry Pi的陪伴下，充分感受到电子制作的乐趣！
本系列连载的内容
第1篇：开始使用新产品“Raspberry Pi 4”！
第2篇：Raspberry Pi 4的设置！
第3篇：无头模式下熟练使用Raspberry Pi 4！
第4篇：使用Raspberry Pi 4和GPIO，挑战基础的电子作品制作！（本文）
吉田 显一（Yoshiken）
在普通公司工作的上班族，非常喜欢创作的周末创客，出版了电子书MESHBOOK，平时也写写博客。
http://blog.ktrips.net