Raspberry Pi3 搭配 Windows 10 IoT Core 的應用 [紅綠燈的控制]

Rpi 3 的 Windows 10 IoT Core 已經寫了兩篇了，該是來點應用的時候了。本篇要介紹如何利用 Raspberry Pi3 上的 GPIO 來控制一組LED紅綠燈，開發環境使用 Visual Studio 2015

回顧資料：

[Raspberry Pi 3 與 Windows 10 IoT Core] Part 1 – 下載映像檔與開機]

[Raspberry Pi 3 及 Win 10 IoT Core] Part2：應用程式學習編寫環境設定

作者：李少峰

實驗目標及應用環境簡介:

實驗目標

利用 Raspberry Pi3 上的 GPIO 來控制一組LED紅綠燈

程式執行環境

建置在 Raspberry Pi3 及 Windows 10 IoT Core for Raspberry Pi3 的系統上

編寫控制程式

在本次實驗中，控制紅、黃、綠燈號的改變功能，是使用微軟公司的產品 Visual Studio 2015 軟體中的 C# 語言進行編寫應用程式。不一定要使用 C# 進行程式的編寫，您也可以使用其他語言如 VB、C++ 等。

燈號的轉換控制點

紅、黃、綠燈號的切換機制是以秒為單位進行轉換。這次實驗的預設燈號運作周期總共三階段，『１』程式按“啟用”後直接亮綠 58 秒，『２』接著轉成黃燈共 2 秒，『３』轉成 60 秒的紅燈，所以一個週期總共 120 秒，運作週期或紅燈倒數秒數可依需要調整長短。

實驗使用物品

想跟上物聯網的火熱尾巴，感受到一點溫度？

本次實驗只是分享如何對一組 LED 的紅綠燈進行控制，還算不上物聯網。如果將燈號控制的機制擴充，使用遠端控制方式對燈號進行改變時，嗯，這樣運用的方式就有那麼一丁點像 IoT 的運作味道喔，其實是還早的呢！要再好好好努力再努力，會有實現的那一天。現在先把基本功學習好再來實現吧…..。

上面提及，本實驗的程式是在 Windows 10 及使用 MS Visual Studio 2015 Community 版本的工具來運行的，可能有朋友會問在其他如 Win8 或 Win7 可以嗎？雖然尚未實際試過，但在下認為是可以的，因為 Visual Studio 2015 比 Win 10 早出現在市場接受下載及銷售不是嗎？只是在不同作業系統的版本下使用 Visual Studio 2015 Community，可能需要局部調整。以下實驗內容分享中不包含如何安裝 Visual Studio 2015 Community。本文中各系統畫面的截圖僅供參，進一步了解內容，請詳閱下面解說。

本實驗所使用Visual Studio 2015 Community 的系統版本資訊

實驗建立步驟:

於 Visual Studio 2015 工具中建立 MyLedRyG(紅綠燈)專案

１: 開啟 Visual Studio 2015 工具如下圖之畫面後，點選新增專案。

點選新增專案後，再選取所要編寫程式的類別(通用的 Windows 程式)及使用編寫的語言(C#)、應用程式型態(空白的應用程式)，接著是本實驗的專案名稱 MyLedRyG 及儲存位置，點選【確定】建立專案。打開檔案總管檢視專案內容，點選 MyLedRyG 名稱，打開目錄內容會看到一個 MyLedRyG.sln 檔案及一個 MyLedRyG 目錄，如果少了一個《.sln》的檔案，這樣該專案無法直接使用 Visual Studio 2015 工具打開專案。

２: 由於專案是執行在 Windows 10 IoT Core for Raspberry Pi3 上，需要在專案加入設定，好讓系統知道這個應用程式是需要使用 IoT 的特殊功能 (Windows IoT Extension for the UWP)，另外也要設定應用程式的作業版本環境中(下圖中，設定應用程式至少要在 Windows 10 10240 的版本上)執行，執行目標是什麼(下圖中設定是在遠端名叫 minwinpc 的設備上)，程式部署的驗證模式為 ─ 通用(沒有加密的協定)。

請注意，驗證模式這設定若錯誤，則會造成應用程式無法從編寫環境(開發的電腦)部署到 Raspberry Pi3 上喔。

３: 空白專案建立後，接下來是建立應用程式的版面。請打開工具列，拉出如下圖的物件，分別是1個標題文字方塊， 3個圓形，各代表紅、黃、綠的燈號。1個“啟用”按鈕，1個紅燈秒數倒數的文字方塊，另一個則是GPIO 的狀態顯示方塊。左圖是圖形介面的排版內容，右側圖為文字模式的排版內容。

４: 版面排好之後要編寫各個燈號的控制碼。下左圖為紅黃綠燈號的變數、各燈號使用 GPIO 腳位編號，如 RED_LED_PIN -> 紅燈、YELLOW_LED_PIN -> 黃燈、GREEN_LED_PIN -> 綠燈的定義，紅(redBrush)、黃(yellowBrush)、綠(greenBrush)、灰(grayBrush) 共 4 色的代碼。右圖是設定程式開始時要執行的命令，時間間隔以1秒為單位(紅色圈處)，當各個燈號沒有運作時則呈現為灰色的狀態(藍色圈處)。

５: 下左圖是定義『啟用』文字方塊被按下後要執行的事 ─ 啟動計時器並將綠燈亮起來。右圖則是定義各燈號 GPIO 腳位代碼 r_gpio (紅燈用)、y_gpio (黃燈用)、g_gpio (綠燈用) 及檢查GPIO控制器的狀態是否正常，如果正常，在GPIO狀態方塊會顯示“正常的啟用”，反之則會顯示“沒有找到這個設備上 GPIO 控制器”，這樣使用者可以了解各元件的運作狀態設定。greenPin 是定義綠燈控制器、yellowPin 是黃燈控制器、redPin 是紅燈控制器。

６: 下左圖是定義計時器到達預設時間要執行的內容，實驗簡介有提到燈號轉換標準是 ─ 綠燈亮 58 秒，黃燈亮 2 秒，紅燈亮 60 秒，因此計時跑到 58 秒將綠燈轉為黃燈時，跑到 60 秒時將黃燈轉為紅燈，當紅燈亮足 60 秒( 即120秒後)轉為綠燈，繼續開始另一個周期。

７: 下圖內容是定義當紅燈亮起後，將倒數秒顯示在《倒數文字方塊》中。
Raspberry Pi3 GPIO 腳位圖

下左圖是 Raspberry Pi3 的GPIO 位置圖，右側是本次實驗所使用到 GPIO 的腳位圖。本次實驗一共使用了四個腳位，腳位 1 電源(Power – 圖中灰色線)、腳位 29 (GPIO 5 – 圖中紅色線)控制紅燈，33 腳位(GPIO 13 – 圖中黃色線)控制黃燈，37腳位 (GPIO 26 – 圖中綠色線)控制綠燈
程式部署成功

程式(MyLedRyG)被部署到 Windows 10 IoT Core for Raspberry Pi3 的系統後，可以在 Windows 10 IoT Core 的管理畫面上，點選左側功能表的 Apps 選項，此時右側的畫面中可以找到 MyLedRyG 應用程式(下圖紅圈位置)。
從管理畫面執行程式

要執行程式(MyLedRyG)，點選應用程式左側的三角形即可執行。當程式執行時，原來的三角形會變成一個正方形，點選即可停止執行。此外，管理頁上不會有什麼改變。要停止執行應用程式，同樣點選應用程式(MyLedRyG)左側的正方形即可，停止執行程式前，系統會跳出確認視窗，確認後程式才會結束。
程式執行記錄

程式在 Windows 10 IoT Core for Raspberry Pi3 的系統被執行時的畫面，圖１－＞系統被執行的畫面，圖２－＞點選『啟用』執行程式，圖３－＞綠燈亮起　58 秒後轉為黃燈，圖４－＞紅燈亮起開始 60 秒倒數，當倒數到 0 轉為綠燈並開始另一個循環。