基于EAIDK-310 的传感器调试案例介绍（一）

1 介绍

EAIDK-310 开发套件集成 40 Pins IO 扩展接口，其中包括9个GPIO口，可用于高效的控制结构简单的外部设备或者电路，今天我们就介绍下基于EAIDK-310 的传感器调试应用。

1.1 术语

GPIO：通用型之输入输出
VCC：高电平
GND：地

1.2 目的

本案例的目的是：
A. 熟悉EAIDK-310的GPIO的pin角配置
B. 了解GPIO的操作
C. 实际操作传感器硬件接线，以及软件操作

1.3 EAIDK-310

EAIDK（Embedded Artificial Intelligence Development Kit）- 嵌入式人工智能开发套件,是全球首个采用Arm架构的人工智能开发平台，是OPEN AI LAB专为 AI 开发者精心打造，面向边缘计算的人工智能开发套件。硬件平台具备语音、视觉等传感器数据采集能力，及适用于多场景的运动控制接口；智能软件平台支持视觉处理与分析、语音识别、语义分析、SLAM等应用的基础平台和主流开源算法，满足端侧AI教育、算法应用开发、产品原型开发验证等需求。

EAIDK-310作为EAIDK产品系列中的一款套件，该套件硬件平台使用的是含有4核A53 CPU的高性能Arm SoC（瑞芯微rk3228H），通过搭载OPEN AI LAB开发的嵌入式深度学习框架Tengine，为AI应用提供简洁、高效、统一的API接口，加速终端AI产品的场景化应用落地实现。同时，使用自建的源服务器，便于用户快速上手使用。

EAIDK平台，配置专有更新源文档内容服务，该源服务器支持Tengine/Blade CV以及其他标准第三方软件安装和更新。

EAIDK-310 硬件规格

EAIDK-310 软件规格

2 GPIO概述

2.1 什么是GPIO

GPIO，英文全称为General-Purpose IO ports，也就是通用IO口。嵌入式系统中常常有数量众多，但是结构却比较简单的外部设备/电路，对这些设备/电路有的需要CPU为之提供控制手段，有的则需要被CPU用作输入信号。而且，许多这样的设备/电路只要求一位，即只要有开/关两种状态就够了，比如灯亮与灭。对这些设备/电路的控制，使用传统的串行口或并行口都不合适。所以在微控制器芯片上一般都会提供一个通用可编程IO接口，即GPIO。

接口至少有两个寄存器，即“通用IO控制寄存器”与“通用IO数据寄存器”。数据寄存器的各位都直接引到芯片外部，而对这种寄存器中每一位的作用，即每一位的信号流通方向，则可以通过控制寄存器中对应位独立的加以设置。这样，有无GPIO接口也就成为微控制器区别于微处理器的一个特征。

2.2 传感器

EAIDK-310能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。传感器能够对周围环境的变化做出反应，例如温度、声音、光照（包括红外）、距离、压力、重力、姿态、磁场、烟粉尘等，也就是说它能够将周围环境的变化变成电信号输出。正是因为有了他们，我们就可以根据这些传感器输出的信号来调整设备的工作状态，达到与环境互动与世界互动的目的。

本次调试的是37款主流传感器包，基于EAIDK-310调试平台，通过杜邦线连接/调试/实验。

2.3 GPIO分布图

EAIDK-310管脚分布如下图，Pin1和Pin2已经用红圈标出，其他管脚以此类推。

各个管脚定义如下图

从上表可以得出。PIN7, PIN11, PIN12, PIN13, PIN15, PIN16, PIN18, PIN22, PIN36为GPIO。

GPIO设置成输出模式时，高电平为3.3V，低电平为0V。

GPIO设置成输入模式时，高于1.8V为高电平，低于1.8V为低电平。

2.4 命令控制gpio

从GPIO管脚定义图可以看出，GPIO的Name格式都是GPIOX_YZ形式，其中X，Z是一个数字，Y是A-D的大写字母，引脚号计算公式为

X*32+F(Y)*8+Z                                                式1

其中当Y=A,B,C,D时, F(Y)分别为0,1,2,3。

以GPIO2_B7为例。通过式1，计算出GPIO2_B7引脚号为232+18+7=79。

切换root权限。

[openailab@localhost ~]$ sudo su

进入 /sys/class/gpio/ 目录。

[root@localhost openailab]# cd /sys/class/gpio/

生成一个gpio79 的目录。

[root@localhost gpio]# echo 79 > export

进入gpio79目录。

[root@localhost gpio]# cd gpio79/

gpio79目录下主要有以下文件

1)direction：设置输出还是输入模式

设置输入模式。

[root@localhost gpio79]# echo in > direction

设置输出模式。

[root@localhost gpio79]# echo out > direction

2)value ：输出时，控制高低电平；输入时，获取高低电平

设置高电平。

[root@localhost gpio79]# echo 1 > value

设置低电平。

[root@localhost gpio79]# echo 0 > value

3)edge ：控制中断触发模式，引脚被配置为中断后可以使用poll() 函数监听引脚

非中断引脚：

[root@localhost gpio79]#  echo “none” > edge

上升沿触发：

[root@localhost gpio79]# echo “rising” > edge

下降沿触发：

[root@localhost gpio79]# echo “falling” > edge

边沿触发：

[root@localhost gpio79]# echo “both” > edge

5.如果想要卸载gpio79，需要回到/sys/class/gpio/ 目录并执行echo 79 > unexport

2.5 GPIO接线指引

实际接线时，先准备好5条以上杜邦线，如下接线能满足大部分传感器。

EAIDK-310接线：

红色接线：5v电源pin脚
黑色接线：GND pin脚
绿色接线：默认称为第1个GPIO口，对应pin编号是79
灰色接线：默认称为第2个GPIO口，对应pin编号是82
白色接线：默认称为第3个GPIO口，对应pin编号是81

当传感器需要接多个gpio口时，按顺序接gpio口即可。

传感器接线：

一般传感器，示例接线如下：

“S”接GPIO口，下图中绿线是GPIO79；
“-”号表示接GND；
中间没有标的一般是VCC，也可能是GPIO，要根据具体传感器来接。

2.6 实验时长

运行实验时，实验结束后会自动退出，运行时长不定。

有的传感器现象比较容易观察，运行的时间较短，比如LED灯显示类实验。
有的传感器需要实验者手动操作设备，运行的时间会长一点。
当实验者觉得已经完成实验，不需要继续实验，可以在程序的终端用ctrl+C手动结束实验。

3 获取实验源代码

3.1 下载源码代码：

ftp地址：ftp://ftp.eaidk.net/EAIDK310_Source/eaidk310_sensor_kit/

3.2 GPIO控制源码解读

输入、输出是GPIO常用功能模式，如按键开关案例使用输入模式，蜂鸣器案例使用输出模式。本案例中所有传感器实验源码较简单，下面分别对按键开关、蜂鸣器这两个案例做源码解读示例，其他传感器类似，就不再贴源码解读了。

3.2.1 按键开关

void eaidk310_sensor_pushbotton (int pin)
{
    gpio_init(pin, INPUT);                      //初始化pin脚方向，设置按键开关传感器的方向为input
    for(int i=0; i<EAIDK310_LOOP*3; i++){
        if(read_value(pin)){                     //读取pin脚的值，根据input的值做出不同的响应
            printf("button is not pushed.\n");
        }else{
            printf("button is pushed.\n");
            printf("developer can add codes here.\n");
        }
        usleep(1000*10);                         //延时10ms
    }
}

3.2.2 无源蜂鸣器

void eaidk310_sensor_passive_buzzer (int pin)
{
    gpio_init(pin, OUTPUT);           //初始化pin脚方向，设置无源蜂鸣器的方向为output
    int i,j;
    while(1){
        for(i=0;i<80;i++)
        {
            set_value(pin, HIGH);       //设置无源蜂鸣器的值，发出声音
            usleep(1000);                       //延时1ms
            set_value(pin, LOW);       //设置无源蜂鸣器的值，不发声音
            usleep(1000);                       //延时1ms
        }
        for(j=0;j<80;j++)
        {
            set_value(pin, HIGH);      
            usleep(2000);                      
            set_value(pin, LOW);      
            usleep(2000);                      
        }
    }
}

3.3 编译

本案例源码不依赖第三方库，下载代码后，可通过如下操作进行编译：

unzip eaidk310_sensor_kit.zip
cd eaidk310_sensor_kit
cmake .
make

编译完成后会在当前目录生成可执行文件eaidk310_sensor_test

4 实际操作介绍

4.1 火焰传感器

火焰传感器（即红外接收三极管）是一种对火焰特别敏感的传感器。其利用红外线对火焰的敏感特性，用特制的红外线接收管来检测火焰，然后将火焰的亮度转化成电平信号供控制器处理。

4.1.1 实验材料实图

EAIDK-310，4条杜邦线，火焰传感器

4.1.2 实验步骤

正确接好硬件接线
执行如下软件程序命令

sudo ./eaidk310_sensor_test -s flame

4.1.3 预期结果

当没有火焰靠近时，打印 “the device flame is negative.”
当有火焰靠近时，打印“the device flame is positive.“ ”the device active now.“

4.2 电磁继电器

继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

4.2.1 实验材料及实图

4.2.2 实验步骤

正确接好硬件接线
执行如下软件程序命令

sudo ./eaidk310_sensor_test -s relay

4.2.3 预期结果

打印：the device relay is active，继电器有实际继电器打开的动作和声音。

两种方式结束实验：

程序运行一小段时间后，程序自动退出；
在该程序的终端按键ctrl + C

4.3 按键开关

三按键模块包含3个四脚按键，依靠金属弹片来保护受力情况；在三脚按键开关中，当某个按钮被按压时，电路导通；当撤销这种压力的时候，电路断开。这个施压的力，就是用我们的手去开按钮、关按钮的动作。

4.3.1 实验材料及实图

4.3.2 实验步骤

正确接好硬件接线
执行如下软件程序命令

sudo ./eaidk310_sensor_test -s pushbotton

4.3.3 预期结果

当没有按键时，打印：button is not pushed.
当按键时，打印：button is pushed. developer can add codes here.

两种方式结束实验：

程序运行一小段时间后，程序自动退出；
在该程序的终端按键ctrl + C

4.4 震动开关

震动传感器，从字面意思可以判断，传感器能够检测震动中的物体。其内部含有导电珠子，器件一旦震动，珠子随之滚动，就能使两端的导针导通。

4.4.1 实验材料及实图

4.4.2 实验步骤

正确接好硬件接线
执行如下软件程序命令

sudo ./eaidk310_sensor_test -s shock

4.4.3 预期结果

当没有震动时，打印：the device is not shocked.
当有震动时，打印：the device active now. the device shocked.

两种方式结束实验：
1.程序运行一小段时间后，程序自动退出;
2.在该程序的终端按键ctrl + C

4.5 迷你磁簧

磁簧开关是一种可以通过磁场控制的电气开关，即它是磁性的操作开关。在内部，簧片开关由一对铁磁金属触点或簧片组成。根据是否存在磁场，簧片开关触点将关闭或打开。

4.5.1 实验材料及实图

4.5.2 实验步骤

1.正确接好硬件接线
2.执行如下软件程序命令

sudo ./eaidk310_sensor_test -s minireed

4.5.3 预期结果

当没有磁铁靠近时，打印：the device minireed is not magnetic inductive.
当有磁铁贴近时，打印：the device active now. the device mini reed is magnetic inductive.

两种方式结束实验:
1.程序运行一小段时间后，程序自动退出;
2.在该程序的终端按键ctrl + C

4.6 磁簧开关

磁簧开关比迷你磁簧多了一个LED的显示，即需要多连接一个pin脚。

4.6.1 实验材料及实图

4.6.2 实验步骤

1.正确接好硬件接线
2.执行如下软件程序命令

sudo ./eaidk310_sensor_test -s reed

4.6.3 预期结果

当没有磁铁靠近时，打印：the device minireed is not magnetic inductive.
当有磁铁贴近时，打印：the device active now. the device mini reed is magnetic inductive. ,伴有传感器LED灯的显示。

两种方式结束实验:
1.程序运行一小段时间后，程序自动退出;
2.在该程序的终端按键ctrl + C

4.7 蜂鸣器

蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种。

有源蜂鸣器与无源蜂鸣器的区别：内部有否震荡源。注意：这里的“源”不是指电源，而是指震荡源。有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫；无源蜂鸣器内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫，必须用2K-5K的波形脉冲信号去驱动它。

有源蜂鸣器往往比无源的略贵，就是因为里面多个震荡电路。从外观上看，两种蜂鸣器好像一样. 一般有源有源蜂鸣器比无源蜂鸣器厚一点。但是, 从外观上并不能绝对的区分出有源与无源，最可靠的做法除了查看产品的参数手册以外。另一种方式是使用万用表测试蜂鸣器电阻，只有8Ω或者16Ω的是无源蜂鸣器，电阻在几百欧以上的是有源蜂鸣器。

4.7.1 实验材料及实图

4.7.2 实验步骤

1.正确接好硬件接线
2.执行如下软件程序命令

sudo ./eaidk310_sensor_test -s passivebuzzer

4.7.3 预期结果

蜂鸣器发出吱吱的声音。

两种方式结束实验
1.程序运行一小段时间后，程序自动退出;
2.在该程序的终端按键ctrl + C

4.8 双色LED（含小双色LED）

双色LED是一种可以显示二色颜色的LED灯, 可以有三种状态: 灭, 颜色1亮, 颜色2亮 . 根据颜色组合的不同, 分为红蓝双色, 黄蓝双色, 红绿双色等等。
注意： LED类的传感器不需要接VCC，可以查看如下硬件接线示意图。

4.8.1 实验材料及实图

4.8.2 实验步骤

1.正确接好硬件接线
2.执行如下软件程序命令

sudo ./eaidk310_sensor_test -s twocolor

4.8.3 预期结果

LED灯闪烁。

两种方式结束实验:
1.程序运行一小段时间后，程序自动退出
2.在该程序的终端按键ctrl + C

4.9 七彩闪烁

RGB彩色流水灯的原理以及点亮一个LED灯的方法。依次点亮LED灯，在点亮的同时，改变RGB的输出值，就可以改变RGB灯显示的颜色，从而实现彩色的流水灯。

4.9.1 实验材料及实图

4.9.2 实验步骤

1.正确接好硬件接线
2.执行如下软件程序命令

sudo ./eaidk310_sensor_test -s sevencolor

4.9.3 预期结果

LED灯7彩轮流点亮。

两种方式结束实验:
1.程序运行一小段时间后，程序自动退出
2.在该程序的终端按键ctrl + C

4.10 激光发射

激光头发射的是红色激光束，即平行光束。只有在有雾或者有其他介质的前提下才能看到微弱的红线，而在通常情况下看到的是一个红点。

4.10.1 实验材料及实图

4.10.2 实验步骤

1.正确接好硬件接线
2.执行如下软件程序命令

sudo ./eaidk310_sensor_test -s laseremit

4.10.3 预期结果

此设备发出红色激光。

两种方式结束实验:
1.程序运行一小段时间后，程序自动退出
2.在该程序的终端按键ctrl + C

4.11 3色RGB LED & SMD RGB

RGB LED灯可以通过混合红色、绿色和蓝色这三种基本颜色来发出不同的颜色。实际上由3个独立的LED组成，红色、绿色和蓝色包装在一个器件上。它有4个引脚，3种颜色中的每一种都有一种引线，而RGB LED类型则有一种共用阴极或阳极。

SMD，它是Surface Mounted Devices的缩写，意为：表面贴装器件，它是SMT(Surface Mount Technology）元器件中的一种。

4.11.1 实验材料及实图

3色RGB LED

SMD RGB

4.11.2 实验步骤

1.正确接好硬件接线
2.执行如下软件程序命令

sudo ./eaidk310_sensor_test -s threecolor

4.11.3 预期结果

此设备交替显示3色光。

两种方式结束实验:
1.程序运行一小段时间后，程序自动退出
2.在该程序的终端按键ctrl + C

5 总结

该实验包含了13种传感器（4.8、4.11两节，每节包含2种传感器），本期全部概述数字IO控制，计划后续再分2期介绍剩下传感器，共3期来介绍在EAIDK-310开发套件通过GPIO使用传感器的案例。

如有疑问或想要了解更多关于EAIDK开发平台方面的内容，欢迎加入EAIDK开发者大本营，QQ群：625546458。

1 介绍

1.1 术语

1.2 目的

1.3 EAIDK-310

2 GPIO概述

2.1 什么是GPIO

2.2 传感器

2.3 GPIO分布图

2.4 命令控制gpio

2.5 GPIO接线指引

2.6 实验时长

3 获取实验源代码

3.1 下载源码代码：

3.2 GPIO控制源码解读

3.2.1 按键开关

3.2.2 无源蜂鸣器

3.3 编译

4 实际操作介绍

4.1 火焰传感器

4.1.1 实验材料实图

4.1.2 实验步骤

4.1.3 预期结果

4.2 电磁继电器

4.2.1 实验材料及实图

4.2.2 实验步骤

4.2.3 预期结果

4.3 按键开关

4.3.1 实验材料及实图

4.3.2 实验步骤

4.3.3 预期结果

4.4 震动开关

4.4.1 实验材料及实图

4.4.2 实验步骤

4.4.3 预期结果

4.5 迷你磁簧

4.5.1 实验材料及实图

4.5.2 实验步骤

4.5.3 预期结果

4.6 磁簧开关

4.6.1 实验材料及实图

4.6.2 实验步骤

4.6.3 预期结果

4.7 蜂鸣器

4.7.1 实验材料及实图

4.7.2 实验步骤

4.7.3 预期结果

4.8 双色LED（含小双色LED）

4.8.1 实验材料及实图

4.8.2 实验步骤

4.8.3 预期结果

4.9 七彩闪烁

4.9.1 实验材料及实图

4.9.2 实验步骤

4.9.3 预期结果

4.10 激光发射

4.10.1 实验材料及实图

4.10.2 实验步骤

4.10.3 预期结果

4.11 3色RGB LED & SMD RGB

4.11.1 实验材料及实图

4.11.2 实验步骤

4.11.3 预期结果

5 总结

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