Build HAT
关于
树莓派Build HAT 是一块附加板,可连接到 树莓派的 40 引脚 GPIO 接头,它是与乐高®教育合作设计的,可让您轻松地使用树莓派计算机控制乐高® Technic™ 电机和传感器。
Raspberry Pi Build HAT目前尚未获得树莓派操作系统Trixie的支持。若需使用Build HAT,请暂时安装或继续使用树莓派操作系统Bookworm。
支持设备的完整列表请参阅 设备兼容性 部分。
它为 SPIKE™ 产品组合中的 乐高® Technic™ 电机和传感器提供了四个连接器。可用的传感器包括距离传感器、颜色传感器和多功能力传感器。角度电机有各种尺寸,并集成了编码器,可通过查询找到其位置。
Build HAT 适用于所有带有 40 引脚 GPIO 接头的 Raspberry Pi 计算机,包括使用带状电缆或其他扩展设备的键盘系列设备。除了摄像头模块等标准 Raspberry Pi 配件外,连接的乐高® Technic™ 设备也可以轻松地用 Python 进行控制。
树莓派Build HAT 电源(PSU)可单独购买,设计用于为 Build HAT 和树莓派计算机以及所有连接的乐高® Technic™ 设备供电。
乐高®教育 SPIKE™ Prime 45678 套装和 SPIKE™ Prime 45681 扩展套装(可从乐高®教育经销商处单独购买)包含一系列由 Build HAT 支持的有用元素。
HAT 可与所有 40 引脚 GPIO Raspberry Pi 电路板配合使用,包括 Zero 系列设备。通过添加带状电缆或其他扩展设备,它还可以与键盘系列设备一起使用。
- 最多可控 制 4 个 乐高® Technic™ 电机和 SPIKE™ 产品组合中的传感器
- 易于使用的 Python 库,可控制您的 乐高® Technic™ 设备
- 可安装在任何带有 40 针 GPIO 接头的树莓派计算机上
- 板载 RP2040 微控制器管理 乐高® Technic™ 设备的底层控制
- 可单独提供外部 8V PSU,为 Build HAT 和树莓派供电
Build HAT 无法为键盘系列设备供电,因为它们不支持通过 GPIO 头供电。
准备您的Build HAT
在电路板底部安装 9 毫米垫片。将树莓派Build HAT 安装到树莓派上。确保安装的方向正确。与其他 HAT 不同的是,所有组件都在底部,顶部留出了放置面包板或 乐高® 元件的空间。
访问GPIO引脚
如果要访问树莓派的 GPIO 引脚,可以添加一个可选的高针座,并使用 15 毫米垫片。
以下引脚由 Build HAT 本身使用,你不应该连接任何东西到它们。
| GPIO | 使用 | 状态 |
|---|---|---|
| GPIO0/1 | ID 提示 | |
| GPIO4 | 复位 | |
| GPIO14 | Tx | |
| GPIO15 | Rx | |
| GPIO16 | RTS | 未使用 |
| GPIO17 | CTS | 未使用 |
设置树莓派
树莓派启动后,请通过选择树莓派菜单按钮,然后选择首选项 > 控制中心来打开控制中心工具。
选择接口选项卡,并按照下图所示调整串行设置:
无显示器使用树莓派
如果无显示器运行树莓派并使用 raspi-config,请从第一个菜单中选择 Interface Options(接口选项)。
然后选择 Serial Port(串行端口)。
禁用串行控制台,选择 No(否):
启用串行端口硬件,选择 Yes(是)。
最终设置应如下所示,并选择 Ok。
如果有任何更改,此时需要重新启动。
为Build HAT供电
连接外部电源--推荐使用 Raspberry Pi Build HAT 官方电源 --不过,任何能够通过 DC 5521 中心正极桶形连接器(5.5 毫米 × 2.1 毫米 × 11 毫米)提供 48W 电力的可靠 +8V±10% 电源都可以为 Build HAT 供电。除非使用键盘系列设备,否则无需为 Raspberry Pi 连接额外的 USB 电源。
Build HAT 无法为键盘系列设备供电,因为它们不支持通过 GPIO 头供电。
乐高® Technic™ 马达的功率非常大,因此需要外部 8V 电源才能驱动它们。如果要读取电机编码器和 SPIKE™ 力传感器的数据,可以通过树莓派的 USB 电源插座,以常规方式为树莓派和 Build HAT 供电。SPIKE™ 颜色和距离传感器与电机一样,需要外部电源。
您可以选择用 Python 或 .NET 来使用 Build HAT。
在Python中使用Build HAT
安装Python库
安装 Build HAT Python 库。打开终端窗口并键入
sudo apt install python3-build-hat
有关 Build HAT Python 库的更多信息,请参阅 ReadTheDocs。
Python使用电机
有许多电机可以与 Build HAT 配合使用。
连接电机
将电机连接到 Build HAT 的端口 A。LPF2 连接器需要以正确的方式向上插入。如果连接器不容易插入,请旋转 180 度再试一次。
使用电机
启动 Thonny IDE。添加以下程序代码:
from buildhat import Motor
motor_a = Motor('A')
motor_a.run_for_seconds(5)
点击播放/运行按钮运行程序。如果这是树莓派启动后第一次运行 Build HAT 程序,在固件复制到电路板时会有几秒钟的停顿。这时红色 LED 熄灭,绿色 LED 亮起。随后执行 Python 程序将不需要此暂停。
电机应顺时针转动 5 秒钟。
更改程序的最后一行并重新运行。
motor_a.run_for_seconds(5, speed=50)
现在电机应该转得更快了。再做一次修改:
motor_a.run_for_seconds(5, speed=-50)
电机应该以相反(逆 时针)方向转动
点击 Thonny 中的加号按钮,创建一个新程序。添加以下代码:
from buildhat import Motor
motor_a = Motor('A')
while True:
print("Position: ", motor_a.get_aposition())
运行程序。抓住电机并转动轴。您应该会看到 Thonny REPL 中打印的数字在变化。
Python使用传感器
有大量传感器可与 Build HAT 配合使用。
使用传感器
将颜色传感器连接到 Build HAT 的端口 B,将力传感器连接到端口 C。
如果你不打算驱动电机,那么就不需要外部电源,你可以使用树 莓派的标准 USB 电源。
创建另一个新程序
from signal import pause
from buildhat import ForceSensor, ColorSensor
button = ForceSensor('C')
cs = ColorSensor('B')
def handle_pressed(force):
cs.on()
print(cs.get_color())
def handle_released(force):
cs.off()
button.when_pressed = handle_pressed
button.when_released = handle_released
pause()
运行该程序,在颜色传感器前放置一个彩色物体(乐高®元件最合适),然后按下力传感器活塞。传感器的 LED 灯应打开,最接近的颜色名称应显示在 thonny REPL 中。
在.NET中使用Build HAT
安装.NET框架
在树莓派上无法通过 apt 安装微软的 .NET 框架。不过,您可以按照微软的官方说明安装 .NET 框架。此外,您还可以通过简化的第三方途径将 .NET 工具链安装到树莓派上。
安装脚本以 root 身份运行。您应该先阅读脚本,确保了解脚本的作用。如果您不确定,请按照官方说明手动操作。
wget -O - https://raw.githubusercontent.com/pjgpetecodes/dotnet5pi/master/install.sh | sudo bash
安装 .NET 框架后,您就可以创建项目了:
dotnet new console --name buildhat
这会在 buildhat 子目录下创建一个默认程序,我们需要进入该目录才能继续:
$ cd buildhat
现在,您需要安装以下 nuget 软件包:
dotnet add package System.Device.Gpio --version 2.1.0
dotnet add package Iot.Device.Bindings --version 2.1.0
运行C#代码
您可以使用 dotnet run 命令运行程序。现在让我们试一下,以确保一切正常。程序应打印 "Hello World!
$ dotnet run
Hello World!
(在后面的说明中,当指示您 "运行程序 "时,您只需重新运行 dotnet run 命令即可)。