Tekst źródłowy strony Nowe technologie w fizyce biomedycznej/Raspberry Pi

=Raspberry Pi =

==Raspberry Pi==
Raspberry Pi to mała (wymiary: 85.60 mm × 53.98 mm, przy wadze 45 gramów) platforma komputerowa stworzona przez brytyjską organizację charytatywną "Fundację Raspberry Pi" w celach edukacyjnych. Miała za zadanie ułatwić uczniom naukę programowania oraz sterowania zewnętrznymi urządzeniami. 

Raspberry Pi zasilany jest napięciem 5V poprzez gniazdo microUSB. Niski pobór mocy jest jedną z przyczyn częstego wykorzystania Raspberry w robotyce. Komputer ten to w głównej mierze układ Broadcom:
*512 MB RAMu
*procesor graficzny 
*procesor taktowany zegarem 700MHz
Raspberry Pi nie posiada wbudowanego dysku twardego - korzysta z karty SD, którą wykorzystuje do załadowania systemu operacyjnego (Raspbian - specjalnie dedykowana wersja Debiana) i przechowywania danych. Do tego komputera można podłączyć urządzenia zewnętrzne poprzez łącza:
*HDMI - monitor
*ethernet - internet
*USB - klawiatura, myszka, itp.
Główną cechą Raspberry Pi jest zestaw połączeń GPIO (General Purpose Input Output), które pozwalają na wysyłanie i odbieranie sygnałów cyfrowych (z i do urządzeń zewnętrznych takich jak motorki, czujniki, diody, przełączniki itd.).

[[Plik:Raspberry.jpg|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Raspberry Pi. Źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi]]

==Gertboard==

Gertboard jest to moduł rozszerzający możliwości komputera Raspberry Pi. Jego instrukcja obsługi znajduje się pod adresem: [https://www.farnell.com/datasheets/1683444.pdf]. Płytka ta posiada m.in.:
*sterownik silnika prądu stałego
*12 buforowanych portów wyjścia/ wejścia
*3 przyciski typu tact-switch
*6 wejść typu otwarty kolektor
*dwukanałowy 10 bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy
*dwukanałowy 8, 10 lub 12 bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy
Płytka ta podłączana jest bezpośrednio do pinów GPIO w Raspberry, skąd też pobiera zasilanie.

[[Plik:gertboard2.png|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Płytka Gertboard z zaznaczonymi obszarami funkcyjnymi. Źródło: Gertboard User Maual]]

Aby zasilić płytkę Gertboard napięciem 3,3 V należy umieścić zworkę w pozycji pokazanej na poniższym rysunku (prawy dolny róg płytki).

[[Plik:power.png|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Miejsce wpięcia złączki, w celu zasilenia płytki. Źródło: Gertboard User Maual]]

Połączeń na płytce dokonywać będziemy korzystając ze zworek (małe czarne elementy 'zwierające' piny blisko siebie) oraz złączek (kabelki łączące piny leżące dalej od siebie).

[[Plik:złączki.png|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Przewody łączące piny na płytce Gertboard: zworki i złączki. Źródło: Gertboard User Maual]]

Rząd pinów GPIO (oznaczonych czarną ramką) jest "łącznikiem" płytki Gaertboard z Raspberry Pi. Mamy zatem 17 pinów, które mogą spełniać funkcje wejścia lub wyjścia dla sygnału cyfrowego (w zależności od tego do czego je podłączymy). Przykładem może być podpięcie do nich buforowanych portów wejścia/wyjścia opisanych poniżej.

==Buforowane porty I/O==

Ramką nr 2 zaznaczono 12 portów wejścia/wyjścia (I/O), których sygnał po przejściu przez układ buforujący (ramki nr 3,4,5) można przekazać do/od Raspberry Pi poprzez połączenie odpowiadających im portów z obszaru ramki nr 1 z portami GPIO. Do każdego z portów I/O przypisana jest dioda (tuż pod portami w ramce nr 2), która wskazuje obecny stan logiczny danego portu.

[[Plik:buffers.png|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Zaznaczone obszary buforowanych portów wejścia/wyjścia. Źródło: Gertboard User Maual]]

Każdy z 12 portów I/O posiada swój obwód buforowy (schemat przedstawiono poniżej), który składa się z buforów przepuszczających prąd tylko w jednym kierunku, oporników, diody LED  oraz miejsc łączeniowych. Jeśli połączymy obwód w miejscu 'in', sygnał będzie przekazywany tylko w kierunku od portów I/O do Raspberry Pi. Jeśli umieścimy zworkę w miejscu 'out', sygnał będzie przekazywany tylko w kierunku od Raspberry Pi do portów I/O.
 
[[Plik:bufor.png|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat obwodu buforowego. Źródło: Gertboard User Maual]]

Na płytce Gertboard porty wejścia/wyjścia o numerach od 1-4 mają swój obwód buforowy w chipie U3 oznaczonym ramką nr 3, porty 5-8 w chipie U4 zaznaczonym ramką nr 4, porty 9-12 w chipie U5 zaznaczonym ramką nr 5. Miejsca połączenia obwodu buforowego 'in' znajdują się w dolnej połowie chipa, natomiast miejsca połączenia obwodu buforowego 'out' w górnej połowie chipa. Poniższy obrazek prezentuje takie ustawienie zworek, dla którego porty 1,2,3 będą ustawione jako 'wyjście', natomiast porty 10,11 jako 'wejście'.

[[Plik:in_out.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Lokalizacja wpięcia zworek. Źródło: Gertboard User Maual]]

Po zapoznaniu się z powyższymi oznaczeniami studenci mają za zadanie wykonać połączenia na desce Gertboard tak aby:
*buforowany port BUF_3 był portem wyjścia, na który sygnał jest przekazywany przez port GP22
*buforowany port BUF_8 był portem wejścia, który przekazuje sygnał na port GP7
*buforowany port BUF_10 był portem wyjścia, na który sygnał jest przekazywany przez port GP10
*buforowany port BUF_11 był portem wejścia, który przekazuje sygnał na port GP25

== Przyciski ==

Deska Gertboard posiada 3 przyciski, które są podłączone do portów B1, B2 oraz B3. Schemat obwodu elektrycznego został przedstawiony poniżej. Jak widać, podczas przyciśnięcia przycisku port wejściowy do Raspberry zostaje połączony poprzez opornik z uziemieniem, co skutkuje odczytaniem logicznej wartości zero. Aby na bieżąco kontrolować zmiany spowodowane przyciskiem, można wpiąć zworkę w pozycji 'out' co sprawi, że stan logiczny przycisku będzie odzwierciedlany przez diodę LED (konkretną dla danego przycisku). Podczas korzystania z przycisku jako wejścia nie wpinamy zworki w miejscu 'in', ponieważ bufor wejściowy będzie zakłócał działanie przycisku.

!Uwaga: przyciski można połączyć z dowolnymi portami GPIO, oprócz GP0 oraz GP1 (porty te mają dodatkowo wbudowane oporniki 1,8 k&Omega;)

[[Plik:button.png|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat obwodu z przyciskiem. Źródło: Gertboard User Maual]]

Test przycisków. Wpinamy zworki oraz złączki w sposób przedstawiony na schemacie poniżej. Następnie uruchamiamy program 'buttons-rg.py'. Program ten będzie wyświetlał w terminalu stan trzech przycisków (gdzie 1 odpowiada wciśniętemu przyciskowi) za każdym razem gdy ulegnie on zmianie (po 19 zmianach stanów przycisków program zakończy działanie).

[[Plik:buttons.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat połączeń w teście przycisków. Źródło: Gertboard User Maual]]

<source lang = 'python'>
import RPi.GPIO as GPIO

GPIO.setmode(GPIO.BCM)                                # initialise RPi.GPIO
for i in range(23,26):                                # set up ports 23-25 
    GPIO.setup(i, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)  # as inputs pull-ups high 
                                                      # (if pin is not connected - input is pulled-up high as 1)      

# Print  Instructions appropriate for the board
print "These are the connections for the Gertboard buttons test:"
print "GP25 in J2 --- B1 in J3"
print "GP24 in J2 --- B2 in J3"
print "GP23 in J2 --- B3 in J3"
print "Optionally, if you want the LEDs to reflect button state do the following:"
print "jumper on U3-out-B1"
print "jumper on U3-out-B2"
print "jumper on U3-out-B3"

raw_input("When ready hit enter.\n")

button_press = 0                                      # set intial values for variables
previous_status = ''

try:
    while button_press < 20:                          # read inputs until 19 changes are made
        status_list = [GPIO.input(25), GPIO.input(24), GPIO.input(23)]
        for i in range(0,3):
            if status_list[i]:
                status_list[i] = "1"
            else:
                status_list[i] = "0"
        # dump current status values in a variable
        current_status = ''.join((status_list[0],status_list[1],status_list[2])) 
        if current_status != previous_status:         # if that variable not same as last time 
            print current_status                      # print the results 
            previous_status = current_status          # update status variable for next comparison
            button_press += 1                         # increment button_press counter

except KeyboardInterrupt:                             # trap a CTRL+C keyboard interrupt
    GPIO.cleanup()                                    # resets all GPIO ports used by this program
GPIO.cleanup()                                        # on exit, reset all GPIO ports 
</source>

Po zapoznaniu się z implementacją powyższego przykładu studenci mają za zadanie tak zmodyfikować program aby:
*po naciśnięciu jednocześnie trzech przycisków w terminalu zamiast trzech jedynek pojawiała się linia wykrzykników
*po naciśnięciu jednocześnie dwóch przycisków w terminalu zamiast dwóch jedynek i zera pojawiała się linia znaków zapytania

== Diody ==

Aby przetestować działanie diod skorzystamy z programu 'leds_rg.py'. Najpierw łączymy odpowiednie porty tak jak pokazano na poniższym schemacie, następnie uruchamiamy program. W zależności od wybranej procedury sterowania diodami będą się one zapalać/gasić w prawo/w lewo. Studenci mają za zadanie zapoznać się z implementacją.

!Uwaga: porty GP14 i GP15 pozostają bez połączenia, ponieważ są one pierwotnie ustawione przez system operacyjny na mod UART i lepiej ich nie przestawiać na mod OUTPUT

[[Plik:leds.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat połączeń w teście diod. Źródło: Gertboard User Maual]]

<source lang = 'python'>
import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

if GPIO.RPI_REVISION == 1:                          # check Pi Revision to set port 21/27 correctly
    # define ports list for Revision 1 Pi
    ports = [25, 24, 23, 22, 21, 18, 17, 11, 10, 9, 8, 7]
else:
    # define ports list all others
    ports = [25, 24, 23, 22, 27, 18, 17, 11, 10, 9, 8, 7]   
ports_rev = ports[:]                                # make a copy of ports list
ports_rev.reverse()                                 # and reverse it as we need both

GPIO.setmode(GPIO.BCM)                              # initialise RPi.GPIO

for port_num in ports:
    GPIO.setup(port_num, GPIO.OUT)                  # set up ports for output

def led_drive(reps, multiple, direction):           # define led_function:
    for i in range(reps):                           # (repetitions, single/multiple, direction)
        for port_num in direction:                  
            GPIO.output(port_num, 1)                # switch on an led
            sleep(0.11)                             # wait for ~0.11 seconds
            if not multiple:                        # if we're not leaving it on
                GPIO.output(port_num, 0)            # switch it off again

# Print Wiring Instructions appropriate to the board
print "These are the connections for the Gertboard LEDs test:"                
print "jumpers in every out location (U3-out-B1, U3-out-B2, etc)"
print "GP25 in J2 --- B1 in J3 \nGP24 in J2 --- B2 in J3"
print "GP23 in J2 --- B3 in J3 \nGP22 in J2 --- B4 in J3"
print "GP21 in J2 --- B5 in J3 \nGP18 in J2 --- B6 in J3"
print "GP17 in J2 --- B7 in J3 \nGP11 in J2 --- B8 in J3"
print "GP10 in J2 --- B9 in J3 \nGP9 in J2 --- B10 in J3"
print "GP8 in J2 --- B11 in J3 \nGP7 in J2 --- B12 in J3" 

raw_input("When ready hit enter.\n")

try:                                              
    # one repetition, switching off led before next one comes on, direction: forwards
    led_drive(1, 0, ports)                  
    # one repetition, switching off led before next one comes on, direction: backwards
    led_drive(1, 0, ports_rev)
    # one repetition, leaving each led on, direction: forwards
    led_drive(1, 1, ports)
    # one repetition, leaving each led on, direction: backwards
    led_drive(1, 0, ports)        
except KeyboardInterrupt:                         # trap a CTRL+C keyboard interrupt
    GPIO.cleanup()                                # clean up GPIO ports on CTRL+C
GPIO.cleanup()                                    # clean up GPIO ports on normal exit
</source>

Następnie studenci mają za zadanie tak zmodyfikować program aby sterować diodami w następujący sposób:
*wszystkie diody są zgaszone
*kolejno w prawą stronę zapalają się parzyste numery diod (i gasną tuż przed zapaleniem następnej)
*kolejno w lewą stronę zapalają się nieparzyste numery diod (i gasną tuż przed zapaleniem następnej)
*kolejno w prawą stronę zapalają się parzyste numery diod (i pozostają zapalone)
*kolejno w lewą stronę zapalają się nieparzyste numery diod (i pozostają zapalone)
*wszystkie diody są zgaszone

== Diody + Przyciski ==

Aby sprawdzić dotychczasowe zrozumienie materiału, kolejne zadanie polega na połączeniu wiedzy na temat działania przycisków oraz diod. Docelowo chcemy aby naciskanie 3 przycisku powodowało zapalanie 6 diody, puszczanie 3 przycisku powodowało gaszenie 6 diody. Każda zmiana statusu przycisku oraz diody ma być wypisana w terminalu. 

Jak pamiętamy z rozdziału o przyciskach, aby sygnał z guzika był wejściem do Raspberry, nie wpinamy zworki w miejscu 'in'. Sygnał z przycisku 3 jest automatycznie przekazywany do portu B3, który z kolei został połączony z portem GP23 w Raspberry za pomocą złączki. Zatem port GP23 dostaje informację o zmianie stanu przycisku. 

Następnie chcemy aby ta zmiana stanu wartości logicznej przycisku była widoczna jako zapalanie/gaszenie diody. Najprostszą sytuacją jest wyświetlanie stanu 3 przycisku na 3 diodzie (zgodnie z poprzednim rozdziałem wystarczyłoby ustawić zworkę w miejscu 'out' portu B3). Jednak sprawa się nieco komplikuje, gdy stan przycisku ma być odzwierciedlony na 6 diodzie. Trzeba zatem sygnał wyjściowy ('out' B3) przekierować na port BUF_6. Wtedy dioda 6 będzie pokazywać stan logiczny portu 6.

Jednak to jeszcze nie koniec utrudnień. Dodatkowo chcemy aby stan diody 6 był sczytywany przez Raspberry Pi. Zatem musimy wskazać, że port BUF_6 jest sygnałem wejściowym do Raspberry (zworka 'in' na B6), który zostanie przesłany na port GP22 (złączka między B6 a GP22). 

Gdy schemat połączeń jest jasny można go zrealizować, a następnie uruchamić program 'butled_rg.py'.

[[Plik:buttons_leds.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat połączeń w teście przycisków oraz diod. Źródło: Gertboard User Maual]]

<source lang = 'python'>
import RPi.GPIO as GPIO

GPIO.setmode(GPIO.BCM)                                            # initialise RPi.GPIO
GPIO.setup(23, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)                 # set up port 23 for INPUT pulled-up high
GPIO.setup(22, GPIO.IN)                                           # set up port 22 for normal INPUT no pullup

print "These are the connections you must make on the Gertboard for this test:"
print "GP23 in J2 --- B3 in J3"
print "GP22 in J2 --- B6 in J3"
print "U3-out-B3 pin 1 --- BUF6 in top header"
print "jumper on U4-in-B6"

raw_input("When ready hit enter.\n")

button_press = 0                                                  # set intial values for variables
previous_status = ''

try:
    while button_press < 20:                                      # read inputs constantly until 19 changes are made
        status_list = [GPIO.input(23), GPIO.input(22)]            # put input values in a list variable
        for i in range(0,2):
            if status_list[i]:
                status_list[i] = "1"
            else:
                status_list[i] = "0" 
        current_status = ''.join((status_list[0],status_list[1])) # dump current status values in a variable
        if current_status != previous_status:                     # if that variable not same as last time
            print current_status                                  # print the results 
            previous_status = current_status                      # update status variable for next comparison
            button_press += 1                                     # increment button_press counter

except KeyboardInterrupt:                                         # trap a CTRL+C keyboard interrupt
    GPIO.cleanup()                                                # resets all GPIO ports
GPIO.cleanup()                                                    # on exit, reset  GPIO ports used by program
</source>

== Płytka uniwersalna ==

Płytka uniwersalna to narzędzie ułatwiające samodzielne i szybkie tworzenie obwodów elektronicznych. Jej angielska nazwa ''breadboard'' wskazuje na historyczne korzenie tego narzędzia. Oryginalnie (lata 20-te XX wieku) były to dosłownie deski do krojenia chleba, do których amatorzy wczesnej elektroniki (np. radia) przymocowywali przewody i inne elementy elektroniczne za pomocą gwoździ. Współcześnie, jednym z rodzajów płytek uniwersalnych jest płytka stykowa, która nie wymaga przylutowywania elementów, a jedynie umieszczenia ich w odpowiednich otworach. Oznaczone linie czerwone i niebieskie, to rzędy otworów połączonych ze sobą. Dodatkowo kolumny otworów wzdłuż krótszego boku płytki również są ze sobą połączone. 

[[Plik:breadboard.jpg|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Płytka uniwersalna stykowa. Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:400_points_breadboard.jpg]]

=== Zadanie 1 ===

Korzystając z płytki uniwersalnej należy zbudować obwód przedstawiony na schemacie. Diodę czerwoną wpinamy dłuższą nóżką w stronę +, krótszą w stronę -, natomiast opornik wybieramy o oporności 0,6 k&Omega;. Docelowo,  dioda na płytce uniwersalnej ma być sterowana sygnałem pochodzącym z portu BUF_1 (czyli sygnałem generowanym przez Raspberry Pi podawanym na port GP25):
*dioda ma zostać zapalona na czas 5 sekund
*następnie zgaszona na 5 sekund
*na koniec ma być zapalana i wygaszana co 1 sekundę (10-cio krotnie).

[[Plik:board1.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat połączenia do Zadania 1]]
<!--
<source lang = 'python'>
import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

GPIO.setmode(GPIO.BCM)                              # initialise RPi.GPIO
GPIO.setup(25, GPIO.OUT)                            # set up ports for output

try:                                        
    GPIO.output(25, 1)   
    sleep(5) 
    GPIO.output(25, 0)
    sleep(5) 
    for i in range(10):
        GPIO.output(25, 1)   
        sleep(1) 
        GPIO.output(25, 0)
        sleep(1) 
except KeyboardInterrupt:                          # trap a CTRL+C keyboard interrupt
    GPIO.cleanup()                                 # clean up GPIO ports on CTRL+C
GPIO.cleanup()                                     # clean up GPIO ports on normal exit
<\source>
-->
=== Zadanie 2 ===

Korzystając z płytki uniwersalnej należy zbudować układ przedstawiony na schemacie. Opornik dobieramy o oporności 1 k&Omega;. Docelowo chcemy sczytywać (i wyświetlać w terminalu) stan portu BUF_1, który to będzie regulowany poprzez zbudowany przez nas przełącznik.

[[Plik:board2.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat połączenia do Zadania 2]]
<!--
<source lang = 'python'>
import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

GPIO.setmode(GPIO.BCM)                              # initialise RPi.GPIO
GPIO.setup(25, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)   # set up ports for input

change = 0                                          # set intial values for variables
previous_status = ''

try:                                        
    while change < 10:                              # read inputs until 9 changes are made
        status_list = GPIO.input(25)
        current_status = status_list               # dump current status values in a variable
        if current_status != previous_status:      # if that variable not same as last time
            print current_status                   # print the results 
            previous_status = current_status       # update status variable for next comparison
            change += 1                            # increment change counter
except KeyboardInterrupt:                          # trap a CTRL+C keyboard interrupt
    GPIO.cleanup()                                 # clean up GPIO ports on CTRL+C
GPIO.cleanup()                                     # clean up GPIO ports on normal exit

<\source>
-->

== Otwarty Kolektor ==

Do tej pory, za pomocą Raspberry Pi, sterowaliśmy zewnętrznymi "urządzeniami" takimi jak diody. W tym celu wystarczało dostępne w małym komputerze napięcie 3,3 V. Jednak aby sterować zewnętrznymi urządzeniami, które korzystają z wyższego napięcia niż dostępne w Raspberry Pi, niezbędne jest wyjście typu otwarty kolektor (schemat układu, który kryje się pod tym wyjściem został przedstawiony poniżej). 

[[Plik:OpenCollector.png|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat układu z wyjściem typu otwarty kolektor. Składa się z tranzystorów, oporników i diod. Źródło: Gertboard User Maual]]

Takich układów otwartego kolektora na desce Gertboard jest 6 (od RLY1 do RLY6), znajdują się one w obszarze oznaczonym żółtą ramką i każdy z nich działa przy napięciach do 50 V i prądach do 500 mA.

[[Plik:gertboard2.png|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Płytka Gertboard z zaznaczonymi obszarami funkcyjnymi. Źródło: Gertboard User Maual]]

Zasadniczo rola tego obwodu sprowadza się do kontroli połączenia uziemienia zewnętrznego obwodu elektrycznego z uziemieniem deski Gertboard, co pozwala na "zamknięcie" obwodu i popłynięcie prądu. Wyjście może przyjmować dwa stany:
* wysokiej impedancji (jakby do niczego nie było podłączone)
* zwarcia z masą (obwód jest "zamknięty" i płynie przez niego prąd)

Zatem aby móc decydować o włączeniu/wyłączeniu zewnętrznego urządzenia należy podłączyć dodatni biegun zasilania zewnętrznego do wejścia 'common' (czyli RPWR na desce Gertboard), ujemny biegun zasilania zewnętrznego do uziemienia deski, oraz koniec obwodu do wyjścia 'out' (np. RLY1). W ten sposób, gdy połączymy również wyjście z Raspberry np. GP4 z portem RLY1 ('Raspi'), będziemy mogli za pomocą sygnału z Raspberry decydować o tym czy przez zewnętrzny układ popłynie prąd. 

Aby zapoznać się z działaniem przykładowego wyjścia typu otwarty kolektor, studenci mają za zadanie odtworzyć połączenia przedstawione na poniższym schemacie oraz zbudować zewnętrzny obwód składający się z dwóch diod (czerwonej, zielonej), opornika (o oporze 0,6 k&Omega;) i źródła zasilania (bateria 9V). Następnie należy zapoznać się z implementacją programu sterującego zasilaniem diod.
 
[[Plik:open_collector.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat połączenia do testu wyjścia typu otwarty kolektor. Źródło: Gertboard User Maual]]

<source lang = 'python'>
import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

chan_num = 6                                        # available channel number
channel = 0                                         # set channel to 0 initially so 
                                                    # it will ask for user input
def which_channel():
    print "Which driver do you want to test?"
    chan = raw_input("Type a number between 1 and %d\n" % chan_num)      # User inputs channel number
    while not chan.isdigit():                                            # Check valid user input                        
        chan = raw_input("Try again-just numbers 1-%d !\n" % chan_num)   # Make them do it again if wrong   
    return chan

while not 0 < chan < (chan_num + 1):                # ask for a channel number
    chan = int(which_channel())                     # once proper answer given, carry on

print "These are the connections for the open collector test:"
print "GP4 in J2 --- RLY%d in J4" % channel
print "+ of external power source --- RPWR in J6"
print "ground of external power source --- GND (any)"
print "ground side of your circuit --- RLY%d in J%d" % (channel, channel+11)
print "+ of your circuit --- RPWR (any)"
raw_input("When ready hit enter.\n")

GPIO.setmode(GPIO.BCM)                              # initialise RPi.GPIO
GPIO.setup(4, GPIO.OUT)                             # set up port 4 for output

try:
    for i in range(10):                             # do this 10 times
        GPIO.output(4, 1)                           # switch port 4 on
        sleep(0.4)                                  # wait 0.4 seconds
        GPIO.output(4, 0)                           # switch port 4 off
        sleep(0.4)

except KeyboardInterrupt:                           # trap a CTRL+C keyboard interrupt
    GPIO.cleanup()                                  # resets all GPIO ports

GPIO.cleanup()                                      # on finishing,reset all GPIO ports used by this program
</source>
Po wykonaniu zadania testowego należy zmodyfikować program sterujący i okablowanie tak, aby diody zapalały się 10-cio krotnie na 2 sekundy z przerwą trwającą 1 sekundę oraz sterowanie odbywało się przez wyjście RLY3.

== Sterownik silnika prądu stałego ==

Sterownik silnika prądu stałego wbudowany w deskę Gertboard może przyjąć maksymalne napięcie 18 V i natężenie 2A. Wymaga on dwóch logicznych sygnałów wejściowych A i B (na desce są one oznaczone MOTOA i MOTOB). Zachowanie silnika w zależności od stanu logicznego sygnałów A i B zostało zobrazowane w tabeli poniżej.

[[Plik:motor_tabela.png|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Tabela przedstawiająca zachowanie silnika w zależności od stanu logicznego wejść A i B. Źródło: Gertboard User Maual]]

O typie ruchu silnika (lub jego braku) decyduje stan logiczny sygnałów. Natomiast gdy chcemy kontrolować jego prędkość musimy kontrolować stosunek pojawiania się 1 i 0 w sygnale. W tym celu stosuje się modulację szerokości impulsów. Przykładowe sygnały logiczne z zastosowaną modulacją szerokości impulsów zostały zaprezentowane na obrazku poniżej. 

[[Plik:motoAB.png|400px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Przykłady sygnału logicznego na wejściu A. Górny wykres przedstawia sytuację gdy silniczek kręci się dwa razy szybciej niż w sytuacji przedstawionej na dolnym wykresie. Źródło: Gertboard User Maual]]

Znając podstawy sterowania silniczkiem można przejść do wykonywania połączeń, których schemat został przedstawiony poniżej. Docelowo chcemy aby wysłany przez Raspberry sygnał logiczny z portu GP18 był sygnałem MOTOA, natomiast sygnał z portu GP17 był przekazany dalej jako MOTOB. Po wykonaniu połączeń należy zapoznać się ze sterującym programem komputerowym i uruchomić go.

[[Plik:motor.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat połączenia do testu silniczka. Źródło: Gertboard User Maual]]

<source lang = 'python'>
from __future__ import print_function
import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
ports = [18,17]             # define which ports to be pulsed (using a list)
Reps = 400                  # 2000 Hz cycle time, so Reps=400 is 0.2s for each percentage ON
Hertz = 2000                # Cycle time. You can tweak this, Max 3000               
Freq = (1 / float(Hertz)) - 0.0003           # run_motor loop code takes 0.0003s

for port_num in ports:                       # set the ports up for output
    GPIO.setup(port_num, GPIO.OUT)           # set up GPIO output channel
    print ("setting up GPIO port:", port_num)
    GPIO.output(port_num, False)             # set both ports to OFF
    
def run_motor(Reps, pulse_width, port_num, time_period):
    try:                                     # try: except:, traps errors
        for i in range(0, Reps):
            GPIO.output(port_num, True)      # switch port on
            sleep(pulse_width)               # make sure pulse stays on for correct time
            GPIO.output(port_num, False)     # switch port off
            sleep(time_period)               # time_period for port OFF defined in run_loop
    except KeyboardInterrupt:                # reset all ports used by this program if CTRL-C pressed
        GPIO.cleanup()

def run_loop(startloop, endloop, step, port_num, printchar):
    for pulse_width_percent in range(startloop, endloop, step):
        print (printchar, sep='', end='')
        sys.stdout.flush()
        pulse_width = pulse_width_percent / float(100) * Freq           # define exact pulse width
        time_period = Freq - (Freq * pulse_width_percent / float(100))  # sleep period needed to get required Hz
        run_motor(Reps, pulse_width, port_num, time_period)
    print("")                                                           # print line break between runs


print ("\nThese are the connections for the Gertboard motor test:")
print ("GP17 in J2 --- MOTB (just above GP1)")
print ("GP18 in J2 --- MOTA (just above GP4)")
print ("+ of external power source --- MOT+ in J19")
print ("ground of external power source --- GND (any)")
print ("one wire for your motor in MOTA in J19")
print ("the other wire for your motor in MOTB in J19")
command = raw_input("When ready hit enter.\n>")

print (">>>", sep='', end='')
run_loop(5, 95, 1, 18,'+')      # (startloop, endloop, step, port_num, printchar, loopnum)
run_loop(95, 5, -1, 18,'-')     # if you go all the way to 100% it seems out of control at the changeover
sleep(0.2)                      # a slight pause before change direction stops sudden motor jerking
print ("<<<", sep='', end='')
run_loop(5, 95, 1, 17,'+')
run_loop(95, 5, -1, 17,'-')

GPIO.output(port_num, False)            # Finish up: set both ports to off
GPIO.cleanup()                          # reset all ports used by this program
</source>

Następnie student ma za zadanie tak zmodyfikować program aby wykonywał:
*obrót silniczka o około 180 stopni w prawo
*przerwa trwająca 1 sekundę
*powtórzenie poprzednich 2 podpunktów 5 razy
*obrót silniczka o około 180 stopni w lewo
*przerwa trwająca 1 sekundę
*powtórzenie poprzednich 2 podpunktów 5 razy

== Komunikacja przez SPI ==

SPI (ang. "Serial Peripheral Interface") to szeregowy interfejs urządzeń peryferyjnych, pozwalający na komunikację głównego mikroprocesora (ang. "Master") z przetwornikiem analogowo-cyfrowym i cyfrowo-analogowym (lub innym urządzeniem peryferyjnym, ang. "Slave"). Składa się on z 3 linii komunikacyjnych działających równocześnie:
*SCLK (ang. "Serial CLocK") - sygnał zegarowy/taktujący przesyłany od "Master" do "Slave"
*MOSI (ang. "Master Output Slave Input") - sygnał od "Master" do "Slave"
*MISO (ang. "Master Input Slave Output") - sygnał od "Slave" do "Master"

[[Plik:gertboard2.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Płytka Gertboard z zaznaczonymi obszarami funkcyjnymi. Źródło: Gertboard User Maual]]

Przetworniki wbudowane w deskę Gertboard znajdują się w obszarze zaznaczonym pomarańczową ramką. Jak widać każdy z przetworników ma dostępne po dwa kanały: analogowo-cyfrowy AD0, AD1 oraz cyfrowo-analogowy DA0, DA1. Wyboru używanego przetwornika dokonuje się poprzez nadanie logicznej wartości 0 na jednym z portów: CSnA w przypadku przetwornika analogowo-cyfrowego, lub CSnB w przypadku przetwornika cyfrowo-analogowego. 

=== Przetwornik cyfrowo-analogowy ===

Przetwornik cyfrowo-analogowy wbudowany w deskę Gertboard jest 8-bitowy, z maksymalnym napięciem 2,04 V. Napięcie wytworzone na wyjściu (pin DA0 lub DA1) <math>V_{out}</math> opisane jest wzorem:

<div style="text-align: center;">
<math>V_{out}=\frac{D_{in}}{256} \cdot {2,048 V}</math>
</div>

gdzie <math>D_{in}</math> to liczba 8-bitowa z zakresu od 0 do 256, którą użytkownik może dowolnie wybrać w zależności od oczekiwanego rezultatu (napięcia na wyjściu). Ta liczba, wraz z innymi niezbędnymi informacjami, musi zostać przekazana do przetwornika poprzez protokół SPI w postaci 2 bajtów (2 liczb 8-bajtowych) czyli 16 bitów:
*16-13 bit: różne informacje:
**16: numer kanału (0 lub 1)
**15: bez znaczenia (0)
**14: ''gain'' (mnożnik x 1 - 0 lub mnożnik x 2 - 1)
**13: ''shutdown mode'' (off-0, on-1 dla oszczędności energii)
*12-5 bit: liczba <math>D_{in}</math> 
*4-1 bit: nieznaczące zera

Zatem, chcąc uzyskać na wyjściu przykładowe napięcie <math>V_{out}</math> 1,5 V najpierw z powyższego wzoru obliczamy liczbę <math>D_{in}</math>, która wyniesie 188. Następnie zawieramy informacje w poszczególnych bitach:
*16-13 bit: kanał-1, bez znaczenia-0, ''gain''-1, ''shutdown mode''-1  ; 0011
*12-5 bit: liczba 188 to 10111100
*4-1 bit: 0000
których ciąg: 0011101111000000 tworzy dwie liczby 8-bitowe: 00111011 (liczba 59) 11000000 (liczba 192). Te dwie liczby podajemy przy użyciu komunikacji SPI. 

Aby zapoznać się z działaniem przetwornika DA studenci mają za zadanie wykonać połączenia przedstawione na poniższym schemacie oraz zapoznać się z przykładowym programem. Do mierzenia wygenerowanego napięcia należy skorzystać z uniwersalnego multimetru. 

[[Plik:dtoa.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat połączeń w teście przetwornika DA. Źródło: Gertboard User Maual]]

<source lang = 'python'>
import spidev
import subprocess
from time import sleep

def which_channel():
    channel = raw_input("Which channel do you want to test? Type 0 or 1.\n")  # User inputs channel number
    while not channel.isdigit():                                              # Check valid user input
        channel = raw_input("Try again - just numbers 0 or 1 please!\n")      # Make them do it again if wrong
    return channel

# reload spi drivers to prevent spi failures
unload_spi = subprocess.Popen('sudo rmmod spi_bcm2708', shell=True, stdout=subprocess.PIPE)
start_spi = subprocess.Popen('sudo modprobe spi_bcm2708', shell=True, stdout=subprocess.PIPE)
sleep(3)

spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0,1)                                   # The Gertboard DAC is on SPI channel 1 (GPIO7)
                                                # ADC is on SPI channel 0 (GPIO8)

channel = 3                                     # set initial random value to force user selection
voltages = [0.0,0.5,1.02,1.36,2.04]             # voltages for display
common = [0,0,0,160,240]                        # 2nd byte common to both channels
                                                
while not (channel == 1 or channel == 0):       # channel is set by user input
    channel = int(which_channel())              # continue asking until answer 0 or 1 given
if channel == 1:                                
    num_list = [176,180,184,186,191]            # 1st byte list (channel-dependent)
else:
    num_list = [48,52,56,58,63]                 # 1st byte list (channel-dependent)

print "These are the connections for the digital to analogue test:"
print "jumper connecting GP11 to SCLK"
print "jumper connecting GP10 to MOSI"
print "jumper connecting GP9 to MISO"
print "jumper connecting GP7 to CSnB"
print "Multimeter connections (set your meter to read V DC):"
print "  connect black probe to GND"
print "  connect red probe to DA%d on J29" % channel
raw_input("When ready hit enter.\n")

for i in range(5):
    r = spi.xfer2([num_list[i],common[i]])                   #send 1st and 2nd byte through SPI
    print "Your multimeter should read about %.2fV" % voltages[i]   
    raw_input("When ready hit enter.\n")

r = spi.xfer2([16,0])  # clear channel 0 -> set 0 V -> 1st byte 00010000 [16], 2nd byte 00000000 [0]
r = spi.xfer2([144,0]) # clear channel 1 -> set 0 V -> 1st byte 10010000 [144], 2nd byte 00000000 [0]
</source>
Następnie studenci mają za zadanie tak zmodyfikować program aby uzyskać na wyjściu napięcia: 0,44 V, 0,88 V, 1,22 V.

=== Przetwornik analogowo-cyfrowy ===

Przetwornik analogowo-cyfrowy wbudowany w deskę Gertboard jest 10-bitowy, z częstością próbkowania 72kHz. Przetwornik zwraca przez SPI 3 bajty danych [XXXX XXXX][XXXX DDDD][DDDD DDXX]. Bity od 12 do 3 tworzą 10-cio bitową liczbę z zakresu 0-1023, co odpowiada wartościom napięcia z zakresu 0-3.3 V.

Zadanie testowe będzie wymagało wykorzystania źródła zmiennego sygnału analogowego. W tym celu użyty zostanie potencjometr - regulowany dzielnik napięcia. Napięcie wyjściowe <math>U_{wy}</math> na potencjometrze opisuje równanie:
<div style="text-align: center;">
<math>U_{wy} = \frac{U_{we}}{R+R_1} \cdot R_1</math>
</div>
gdzie <math>U_{we}</math> to napięcie wejściowe, R to stały opór potencjometru, natomiast <math>R_{1}</math> to zmienny opór (regulowany pokrętłem). 

W zadaniu testowym podłączamy jedną nóżkę potencjometru do zasilania z Raspbery (3,3 V), drugą do uziemienia, a trzecią jako wejście analogowe do przetwornika analogowo-cyfrowego na kanale AD0. Wykonujemy resztę połączeń niezbędnych do komunikacji przy użyciu SPI. Następnie, należy zapoznać się z programem zamieszczonym poniżej i uruchomić go. 

[[Plik:atod.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat połączeń w teście przetwornika AD. Źródło: Gertboard User Maual]]

<source lang = 'python'>
from __future__ import print_function       
from time import sleep
import subprocess
import spidev
import sys
                   
def which_channel():
    channel = raw_input("Which channel do you want to test? Type 0 or 1.\n")  # User inputs channel number
    while not channel.isdigit():                                              # Check valid user input
        channel = raw_input("Try again - just numbers 0 or 1 please!\n")      # Make them do it again if wrong
    return channel

def get_adc(channel):                                   # read SPI data from MCP3002 chip
    if ((channel > 1) or (channel < 0)):                # Only 2 channels 0 and 1 else return -1
        return -1
    r = spi.xfer2([1,(2+channel)<<6,0])                 # these two lines are explained in more detail at the bottom
    ret = ((r[1]&31) << 6) + (r[2] >> 2)
    return ret 

def display(char, reps, adc_value, spaces):             # function handles the display of ##### 
    print ('\r',"{0:04d}".format(adc_value), ' ', char * reps, ' ' * spaces,'\r', sep='', end='') 
    sys.stdout.flush()

# reload spi drivers to prevent spi failures
unload_spi = subprocess.Popen('sudo rmmod spi_bcm2708', shell=True, stdout=subprocess.PIPE)
start_spi = subprocess.Popen('sudo modprobe spi_bcm2708', shell=True, stdout=subprocess.PIPE)
sleep(3)   

channel = 3                # set channel to 3 initially so it will ask for user input (must be 0 or 1)
while not (channel == 1 or channel == 0):       # continue asking until answer 0 or 1 given
    channel = int(which_channel())              # once proper answer given, carry on

print ("These are the connections for the analogue to digital test:")
print ("jumper connecting GP11 to SCLK")
print ("jumper connecting GP10 to MOSI")
print ("jumper connecting GP9 to MISO")
print ("jumper connecting GP8 to CSnA")
print ("Potentiometer connections:")
print ("  (call 1 and 3 the ends of the resistor and 2 the wiper)")
print ("  connect 3 to 3V3")
print ("  connect 2 to AD%d" % channel);
print ("  connect 1 to GND")
raw_input("When ready hit enter.\n")

spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0,0)                                   # The Gertboard ADC is on SPI channel 0 (GPIO8)

char = '#'                                      # define the bar chart character
iterations = 0                                  # initial value for iteration counter
while iterations < 600:
    adc_value = (get_adc(channel))
    reps = adc_value / 16
    spaces = 64 - reps
    display(char, reps, adc_value, spaces)
    sleep(0.05)                                 # need a delay so people using ssh don't get slow response
    iterations += 1                             # limits length of program running to 30s [600 * 0.05]

# EXPLANATION of 
# r = spi.xfer2([1,(2+channel)<<6,0])
# x << 6 (it returns x with the bits shifted to the right by 6 places)
# Send 3 bytes: [sgl/diff] [odd/sign] [MSBF]
# sgl/diff = 1; odd/sign = channel; MSBF = 0  
# channel = 0 sends [0000 0001] [1000 0000] [0000 0000]
# channel = 1 sends [0000 0001] [1100 0000] [0000 0000]

# EXPLANATION of 
# ret = ((r[1]&31) << 6) + (r[2] >> 2)
# spi.xfer2 returns three 8-bit bytes. We must then parse out the correct 
# 10-bit byte from the 24 bits returned. The following line discards all bits but
# the 10 data bits from the center of the last 2 bytes: XXXX XXXX - XXXX DDDD - DDDD DDXX 
</source>

=== Przetwornik analogowo-cyfrowy + Silnik ===

Zadanie to łączy w sobie wiedzę na temat przetwornika analogowo-cyfrowego i sterownika silnika prądu stałego. Sygnał analogowy pochodzący z potencjometru ma zostać odczytany przez Raspberry Pi, a następnie zamieniony na sygnał logiczny o odpowiedniej szerokości impulsów będący wejściem do sterownika silnika. W ten sposób, kontrolując wskazania potencjometru (za pomocą śrubokrętu) można jednocześnie sterować prędkością i kierunkiem obrotów silnika. Docelowo chcemy, aby maksymalne napięcie na potencjometrze odpowiadało maksymalnej prędkości w jednym kierunku, zerowe napięcie maksymalnej prędkości w drugim kierunku, natomiast środkowe napięcie braku ruchu silniczka. Poniżej zamieszczono schemat połączeń niezbędnych do tego zadania.

[[Plik:moto_pot.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat połączeń w zadaniu z przetwornikiem AD i silnikiem. Źródło: Gertboard User Maual]]

== Tranzystor ==

== Czujnik temperatury i wilgotności powietrza ==

Na zajęciach używać będziemy czujnika temperatury i wilgotności powietrza AM2302/DH22. Jest on zasilany napięciem 3,3-6 V. Zakres pomiarowy wynosi 0-100 % RH oraz -40 °C do +80 °C, gdzie RH to wilgotność względna wyrażana w procentach. Jest to stosunek rzeczywistej wilgoci w powietrzu do maksymalnej jej ilości, którą może utrzymać powietrze w danej temperaturze. Sygnał cyfrowy jest 8-bitowy, rozdzielczość pomiaru temperatury wynosi 0,1 °C, natomiast wilgotności powietrza ± 0,1 % RH. Jednak jego szacowana dokładność to ± 0,5 °C oraz ± 2 % RH. 

[[Plik:temp.png|300px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Czujnik temperatury i wilgotności powietrza. Modele DHT11 oraz DHT22. Źródło: https://cdn-learn.adafruit.com/downloads/pdf/dht.pdf]]

Kolejne nóżki czujnika (od lewej do prawej) to:
*zasilanie
*sygnał
*nic
*uziemienie
Aby przetestować działanie czujnika, budujemy obwód elektryczny zgodnie ze schematem przedstawionym poniżej (użyty opornik 5k&Omega; ma spełniać funkcję pull-up).

[[Plik:czujnik.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:wbb"></figure>Schemat połączeń do testowania czujnika]]

Podczas pracy z czujnikiem korzystać będziemy z biblioteki stworzonej przez Adafruit. Umożliwia ona komunikację z wbudowanym 8-bitowym mikro-kontrolerem, który wykonuje konwersję analogowo-cyfrową i przesyła dane w odpowiednim formacie. Dzięki temu sygnał wyjściowy z czujnika można przesyłać na dowolny pin GPIO. Aby pobrać odpowiednią bibliotekę należy wykonać następujące komendy:
<source lang="c">
$ sudo apt-get install -y build-essential python-dev git 
$ mkdir -p /home/pi/sources  
$ cd /home/pi/sources  
$ git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_DHT.git  
$ cd Adafruit_Python_DHT  
$ sudo python setup.py install  
</source>
Po ich wykonaniu w lokalizacji '/home/pi/sources/Adafruit_Python_DHT/examples/' znajduje się przykładowy skrypt testowy 'AdafruitDHT.py', który można uruchomić z dwoma argumentami:
#typ czujnika: 11 (dla DHT11), 22 (dla DHT22), 2302 (dla naszego AM2302)
#numer pinu GPIO, na który nadawany jest sygnał: 4

== Halotron ==

<!--
Opis bloku tematycznego:
Zajęcia warsztatowe składające się z wprowadzającego w tematykę zajęć wykładu i ćwiczeń indywidualnych wykonywanych przez studentów. Studenci w czasie zajęć przygotowują prototypowe układy elektroniczne mierzące wybrane wielkości fizyczne, oprogramowują je w języku Python i testują. Przygotowane uprzednio eksperymenty w ramach zajęć terenowych umieszczane są w wybranych miejscach na terenie Wydziału Fizyki w celu przeprowadzenia ciągłych i automatycznych pomiarów. Zebrane dane są następnie analizowane przez studentów w ramach ćwiczeń.
===Wyposażenie pracowni===

<figure id="fig:spiny">
<caption>Moduły i elementy elektroniczne dostępne na pracowni Nowych Technologii</caption>
{| class="wikitable" style="width: 90%"
! L.p.
! Nazwa
! Opis
!Dostępnych sztuk
|-
| 1
| Rezystor 22 Om
| Rezystor węglowy, THT, 22 Om, 1/4 W, 5%
| 100
|-
| 2
| Rezystor 1 kOm
| Rezystor węglowy, THT, 1 kOm, 1/4 W, 5%
| 100
|-
| 3
| Rezystor 4.7 MOm
| Rezystor węglowy, THT, 4.7 MOm, 1/4 W, 5%
| 100
|-
| 4
| Rezystor 10 Om
| Rezystor węglowy, THT, 10 Om, 1/4 W, 5%
| 100
|-
| 5
| Rezystor 620 Om
| Rezystor węglowy, THT, 620 Om, 1/4 W, 5%
| 100
|-
| 6
| Rezystor 100 kOm
| Rezystor węglowy, THT, 100 kOm, 1/4 W, 5%
| 100
|-
| 7
| Rezystor 2.2 kOm
| Rezystor węglowy, THT, 2.2 kOm, 1/4 W, 5%
| 100
|-
| 8
| Rezystor 11 Om
| Rezystor węglowy, THT, 11 Om, 1/4 W, 5%
| 100
|-
| 9
| Rezystor 10 kOm
| Rezystor węglowy, THT, 10 kOm, 1/4 W, 5%
| 100
|-
| 10
| Rezystor 47 Om
| Rezystor węglowy, THT, 47 Om, 1/4 W, 5%
| 100
|-
| 11
| Rezystor 22 kOm
| Rezystor węglowy, THT, 22 kOm, 1/4 W, 5%
| 100
|-
| 12
| Kondensator 100 nF
| Kondensator ceramiczny, THT, 100 nF, 50V, 10%
| 25
|-
| 13
| Kondensator elektrolityczny 470 uF
| Kondensator elektrolityczny, THT, 470 uF, 16V, 20%
| 25
|-
| 14
| Stabilizator napięcia 7805
| Scalony stabilizator napięcia L7805ABV, nieregulowany, 5V, 1.5A, obudowa TO220, THT
| 10
|-
| 15
| Wzmacniacz operacyjny CA3140EZ
| Wzmacniacz operacyjny CA3140EZ, 4.5 MHz, 4-36 VDC, 1 kanał, ubudowa DIP8
| 10
|-
| 16
| Fotodioda VTP1220FBH
| Fotodioda na światło widzialne VTP1220FBH, 550 nm, 400-700 nm, montaż: THT
| 10
|-
| 17
| Dioda LED zielona
| Dioda LED zielona, 3 mm, 15 mcd, 40 st., montaż: THT
| 10
|-
| 18
| Dioda LED czerwona
| Dioda LED zielona, 3 mm, 8-50 mcd, 60 st., montaż: THT
| 10
|-
| 19
| Dioda LED żółta
| Dioda LED żółta, 3 mm, 20-30 mcd, 40 st., montaż: THT
| 10
|-
| 20
| Przetwornik MCP3004
| Przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC), 4 kanały, 10 bit, 200 kcps, 2.7-5.5 V, obudowa DIP14
| 10
|-
| 21
| Ładowarka Imax B6AC Dual Power
| Mikroprocesorowa ładowarka/balancer akumulatorów LiIon/LiPo/LiFe 1-6 cel, NiCd/NiMH 1-15 cel, Pb 2-20V, Maksymalny prąd ładowania 6A
| 1
|-
| 22
| Moduł GPS
| Moduł GPS Adafriut Ultimate D GPS Breakout fw5632 v3 + CR1220
| 7
|-
| 23
| Czujnik gazów
| Gassensor Figaro TGS2600-B00
| 10
|-
| 24
| Czujnik gazów
| Gassensor Figaro TGS2442-B00
| 10
|-
| 25
| Czujnik wilgotności i temperatury
| DHT22
| 7
|-
|}
</figure>
1. Moduły "mod10DOF"
Moduł 10DOF zawiera czujniki pozwalające mierzyć zmiany dziewięciu stopni swobody plus ciśnienie (L3G4200D, ADXL345, HMC5883L, BMP085):

*trzyosiowy żyroskop L3G4200D
*trzyosiowy akcelerometr ADXL345
*trzyosiowy czujnik pola magnetycznego Honeywell HMC5883L (+/-8gauss)
*czujnik ciśnienia BMP085 (300 - 1100hPa)

Wszystkie elementy pomiarowe komunikują się magistralą I2C (napięcia logiki i zasilania w zakresie 3-5 V)

2. Moduł "mod10DOF_1"
Moduł jest analogiczny do powyższego z tym, że wykorzystano w nim inne czujniki: żyroskop ITG3205 (±2000°/sec) i akcelerometr BMA180 (+-1g ... +-16g).

===Zajęcia 1===
Plan zajęć:
*Komputer jednoukładowy SoC, przykłady
*Dlaczego Raspberry Pi?
*Architektura ARM, harvardzka vs Von Neumanna
*Podstawowe elementy komputera RP, schemat elektryczny, zasilanie, bezpieczeństwo użytkowania, BHP pracy, omówienie zestawu dostępnych elementów
*Pierwsze uruchomienie RP, logowanie, zapoznanie z systemem
*Porty GPIO, sterowania programowe, elektroniczny „Hello world!” – mrugająca  dioda, sterowanie elementami wykonawczymi

====Opis wyprowadzeń ogólnego portu wejścia/wyjścia (GPIO)====

[[File:Raspberry-Pi-GPIO-pinouts.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:Raspberry-Pi-GPIO-pinouts"></figure>Opis wyprowadzeń ogólnego portu wejścia/wyjścia (GPIO, ang. General Port Input/Output) we wszystkich modelach Raspberry Pi.]]


====Mrugająca dioda, czyli elektroniczne Hello World!====


Mrugająca dioda w języku Python:
<source lang = 'python'>
import time
import RPi.GPIO as GPIO

GPIO.setmode(GPIO.BCM)
 
StepPins = [24,25,8,7]
 
for pin in StepPins:
  print "Setup pins"
  GPIO.setup(pin,GPIO.OUT)
  GPIO.output(pin, False)
</source>

Mrugająca dioda w języku C:
<source lang = 'c'>
#include <wiringPi.h>
int main (void)
{
  wiringPiSetup () ;
  pinMode (0, OUTPUT) ;
  for (;;)
  {
    digitalWrite (0, HIGH) ; delay (500) ;
    digitalWrite (0,  LOW) ; delay (500) ;
  }
  return 0 ;
}
</source>

Zanim uruchomimy program w C musimy go najpierw skompilować linkując również bibliotekę wiringPi:

<source lang = 'bash'>
gcc -Wall -o blink blink.c -lwiringPi
sudo ./blink
</source>

[[File:Opis_płyty_RP_small.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:spi_sck"></figure>Opis płyty głównej komputera Raspberry Pi Rev. 2 ver. B. Złącze Display Serial Interface (DSI) służy do podłączenia zewnętrznego wyświetlacza, złącze Camera Serial Interface (CSI) przeznaczona jest do podłączenia zewnętrznej kamery. Złącze JTAG jest złączem programowania/debugowania chipu Broadcom, wykorzystywane podczas produkcji.]]
-->

<!--
===Zajęcia 2===
Plan zajęć:
*Generator przebiegu prostokątnego
*Modulacja PWM (dla chętnych)
*Komunikacja ze światem zewnętrznym – magistrala I2C
*Uruchomienie czujnika ciśnienia BMP085

====Uruchamianie obsługi magistrali I2C====
UWAGA! Na niektórych komputerach magistrala I2C została już wcześniej uruchomiona. Zanim zacznie się poniższą procedurę warto najpierw przejść do kroku 6 i sprawdzić czy system nie jest już przypadkiem skonfigurowany i gotowy.

Obsługa magistrali I2C jest domyślnie wyłączona w systemie Raspbian. Żeby ją uruchomić należy wykonać następujące kroki:

1. Otworzyć do edycji czarną listę modułów jądra (plik konfiguracyjny narzędzia modprobe) i wykomentować wiersz dotyczący magistrali I2C

<source lang = 'bash'>
sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf
</source>

Jeżeli mamy do czynienia z domyślnym plikiem znajdziemy w nim następujące linie:

<source lang = 'bash'>
# blacklist spi and i2c by default (many users don't need them)

blacklist spi-bcm2708
blacklist i2c-bcm2708
</source>

z których powinniśmy wykomentować linię blacklist i2c-bcm2708:

<source lang = 'bash'>
# blacklist spi and i2c by default (many users don't need them)

blacklist spi-bcm2708
#blacklist i2c-bcm2708
</source>

2. Gdy alias modułu I2C został usunięty z czarnej listy możemy dodać go do listy modułów jądra ładowanych przy starcie systemu. Otwieramy do edycji plik modules:

<source lang = 'bash'>
sudo nano /etc/modules
</source>

i dodajemy nową linię "i2c-dev":

<source lang = 'bash'>
# /etc/modules: kernel modules to load at boot time.
#
# This file contains the names of kernel modules that should be loaded
# at boot time, one per line. Lines beginning with "#" are ignored.
# Parameters can be specified after the module name.

snd-bcm2835
i2c-dev
</source>

3. Zanim zrestartujemy system, żeby załadować nowy moduł, warto przedtem doinstalować narzędzia diagnostyczne:

<source lang = 'bash'>
sudo apt-get install i2c-tools
</source>

i bibliotekę dla języka Python umożliwiającą wykorzystanie magistrali I2C:

<source lang = 'bash'>
sudo apt-get install python-smbus
</source>

4. Po zainstalowaniu powyższych pakietów konieczne jest jeszcze dodanie użytkownika (domyślnie użytkownika pi) do grupy mającej dostęp do magistrali:

<source lang = 'bash'>
sudo adduser pi i2c
</source>

5. Teraz możemy zrestartować komputer:

<source lang = 'bash'>
sudo reboot
</source>

6. Po restarcie moduł i2c-dev powinien już działać. Żeby przetestować hardware próbujemy uzyskać dostęp do magistrali I2C i odczytać adresy podłączony urządzeń:

<source lang = 'bash'>
i2cdetect -y 0
</source>

Jeżeli nie podłączyliśmy żadnych urządzeń dostaniemy prawdopodobnie następujący wynik:
[[File:I2cdetect-empty.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:I2cdetect-empty"></figure>]]
Urządzenie pojawiające się pod adresem 0x1b to adres przetwornika audio, oznaczenie UU oznacza, że ten adres już jest używany przez sterownik pracujący w trybie jądra.

Jeżeli prawidłowo podłączyliśmy np. moduł DOF zobaczymy dostępne adresy urządzeń podłączonych do I2C:

[[File:I2cdetect.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:I2cdetect"></figure>]]


Jeżeli nie udało nam się uzyskać listy adresów:

[[File:I2cdetect-wrong.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:I2cdetect-wrong"></figure>]]

wówczas warto sprawdzić czy magistrala I2C nie jest dostępna pod innym numerem porządkowym (np. próbując z parametrem -y 1).



Rezystor podciągający (pull up):
<source lang = 'python'>
GPIO.setup(17, GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
</source>

===Zajęcia 3===
Plan zajęć:
*Komunikacja ze światem zewnętrznym – magistrala SPI
*Uruchomienie przetwornika analogowe
*Pomiar dowolnej wybranej wielkości analogowej (oświetlania, napięcia, wskazań czujników stężeń)

[[File:spi.jpg|300px|thumb|right|<figure id="fig:spi"></figure>Komunikacja z wykorzystaniem magistrali SPI odbywa się przez wymianę danych zawartych w rejestrach przesuwnych układów Master i Slave.]]



[[File:spi_sck.png|300px|thumb|right|<figure id="fig:spi_sck"></figure>Synchronizację transmisji zapewnia generowany przez układ Master sygnał zegarowy SCK.]]



[[File:spi-multislave.png|300px|thumb|right|<figure id="fig:spi_sck"></figure>Do magistrali SPI może być dołączone wiele układów Slave. W celu wybrania konkretnego układu, z którym ma odbywa się w danym momencie komunikacja, służy linia Chip Select (CS), osobna dla każdego układu Slave.]]

===Zajęcia 4===

Plan zajęć:

*Komunikacja ze światem zewnętrznym – magistrala 1-Wire
*Pomiar temperatury z wykorzystaniem czujnika DS18B20
*Synchronizacja wyników ze zdalną bazą danych (Google Docs)
*Pomiar temperatury i wilgotności czujnikiem DHT22 – wzorowana na 1-Wire

===Zajęcia 5===
Plan zajęć:
*Transmisja szeregowa
*Komunikacja z modułem GPS
*Parsowanie danych w standardzie NMEA

====Protokół NMEA 0183====
Protokół komunikacji NMEA 0183 został opracowany przez amerykańską organizację handlową The National Marine Electronics Association (NMEA), zajmującą się rozwijaniem specyfikacji definiujących interfejsy między różnymi elementami morskiej elektroniki nawigacyjnej. Standard NMEA 0183 opisuje format przesyłu danych i standardy elektroniczne pozwalające na komunikację z komputerami i między sobą takich urządzeń jak sonary, żyrokompasy, autopiloty, anemometry i odbiorniki GPS. Z tego powodu większość, o ile nie wszystkie, odbiorniki GPS mają zaimplementowane przekazywanie danych w powyższym formacie.


Od strony sprzętowej NMEA 0183 bazuje na popularnym komputerowym standardzie komunikacji szeregowej RS232, ale precyzyjnie mówiąc nie jest z nimi tożsamy. Szybkość przesyłu danych może być zmieniana, ale każde podłączone urządzenie powinno być w stanie pracować z prędkością 4800 bitów/s. Dane przesyłane są w postaci znaków ASCII, bez znaku parzystości, z jednymi bitem stopu.

====Dekodowanie wiadomości NMEA 0183====
Dane są zawsze przesyłane w postaci pojedynczych wiadomości składającej się łącznie z maksymalnie 82 znaków (wliczając znaki końca linii i powrotu karetki). Każda wiadomość zaczyna się znakiem dolara '$' i kończy znakami końca linii i powrotu karetki <CR><LF> (ang. Carriage Return, Line Feed; <CR> o kodzie ASCII 13, <LF> o kodzie ASCII 10). Kolejne dane są rozdzielone od siebie przecinkami, dwuznakowa suma kontrolna pojawia się po gwiazdce "*".

Budowa typowej wiadomość NMEA wygląda następująco:

$GPGGA,193734.000,5214.0928,N,02105.8908,E,2,07,0.98,84.1,M,38.9,M,0000,0000*53<CR><LF>

$ - znak początku wiadomości
GP - dwuliterowy skrót oznaczający typ urządzenia nadającego dana, GP oznacza dane z odbiornika GPS
GGA - trzyliterowe oznaczeni rodzaju wiadomości, GGA to kluczowe informacje na temat położenia w trzech wymiarach i dokładności przekazywanych danych
193734.000 - godzina czasu Greenwich (UTC), w tym przypadku 19:37 i 34 sekundy
5214.0928 - szerokość geograficzna, pierwsze dwa znaki to liczba stopni, pozostałe liczba minut, czyli: 52'14.0928"
N - wskaźnik półkuli dla szerokości geogr. półkula północna
02105.8908 - wysokość geograficzna, pierwsze trzy znaki to liczba stopni, pozostałe liczba minut, czyli: 21'5.8908"
E - wskaźnik półkuli dla wysokości geogr. półkula wschodnia
2 - jakość "fixu": 0 = invalid
                               1 = GPS fix (SPS)
                               2 = DGPS fix
                               3 = PPS fix
			       4 = Real Time Kinematic
			       5 = Float RTK
                               6 = estimated (dead reckoning) (2.3 feature)
			       7 = Manual input mode
			       8 = Simulation mode
07 - liczba śledzonych satelitów
0.98 - horyzontalne rozmycie położenia
84.1,M - wysokość w metrach nad średnim poziomem morza
38.9,M - wysokość geoidy w metrach (średniego poziomu morza) ponad elipsoidę WGS84 (zbiór parametrów określających wielkość i kształt Ziemi oraz właściwości jej potencjału grawitacyjnego. System ten definiuje elipsoidę, która jest generalizacją kształtu geoidy, wykorzystywaną do tworzenia map)
0000 - czas w sekundach od ostatniej aktualizacji DGPS
0000 - numer identyfikacyjny stacji DGPS


Dostępne na pracowni moduły GPS są w stanie generować następujące komunikaty: GSA (Overall Satellite data), GSV (Detailed Satellite dat), RMC (recommended minimum data for gps), VTG (Vector track an Speed over the Ground), GGA (Fix information), 


Poniżej znajduje się fragment sekwencji wiadomości wysyłanych przez odbiornik GPS:

<source lang = 'bash'>
$GPRMC,193749.000,A,5214.1444,N,02105.8814,E,24.61,15.81,050215,,,D*61
$GPVTG,15.81,T,,M,24.61,N,45.60,K,D*03
$GPGGA,193750.000,5214.1511,N,02105.8847,E,2,07,0.99,81.6,M,38.9,M,0000,0000*5F
$GPGSA,A,3,12,17,14,24,06,15,25,,,,,,1.79,0.99,1.49*02
$GPRMC,193750.000,A,5214.1511,N,02105.8847,E,25.39,17.50,050215,,,D*6C
$GPVTG,17.50,T,,M,25.39,N,47.04,K,D*01
$GPGGA,193751.000,5214.1579,N,02105.8884,E,2,07,0.98,81.4,M,38.9,M,0000,0000*5C
$GPGSA,A,3,12,17,14,24,06,15,25,,,,,,1.78,0.98,1.49*02
$GPRMC,193751.000,A,5214.1579,N,02105.8884,E,26.33,18.90,050215,,,D*66
$GPVTG,18.90,T,,M,26.33,N,48.79,K,D*0E
$GPGGA,193752.000,5214.1649,N,02105.8925,E,2,07,0.98,81.2,M,38.9,M,0000,0000*53
$GPGSA,A,3,12,17,14,24,06,15,25,,,,,,1.78,0.98,1.49*02
$GPRMC,193752.000,A,5214.1649,N,02105.8925,E,26.79,20.03,050215,,,D*60
$GPVTG,20.03,T,,M,26.79,N,49.63,K,D*0B
$GPGGA,193753.000,5214.1720,N,02105.8966,E,2,07,0.99,81.2,M,38.9,M,0000,0000*5A
$GPGSA,A,3,12,17,14,24,06,15,25,,,,,,1.78,0.99,1.49*03
$GPRMC,193753.000,A,5214.1720,N,02105.8966,E,27.30,19.66,050215,,,D*6D
$GPVTG,19.66,T,,M,27.30,N,50.58,K,D*0E
$GPGGA,193754.000,5214.1791,N,02105.9011,E,2,07,0.98,81.1,M,38.9,M,0000,0000*5D
$GPGSA,A,3,12,17,14,24,06,15,25,,,,,,1.78,0.98,1.49*02
$GPGSV,2,1,08,24,81,195,46,12,61,265,46,17,30,050,40,14,23,317,32*71
$GPGSV,2,2,08,06,22,103,39,25,21,261,26,33,21,223,26,15,17,197,21*70
$GPRMC,193754.000,A,5214.1791,N,02105.9011,E,27.27,23.10,050215,,,D*66
$GPVTG,23.10,T,,M,27.27,N,50.54,K,D*0C
</source>
W przypadku braku danych wysyłane są puste pola rozdzielone przecinkami - brak "fixu" GPS nie zatrzymuje transmisji!

====Konfiguracja układu UART w Raspbian====
Port szeregowy w Raspberry Pi domyślnie jest skonfigurowany do celu debugowania a także na jego wyjście przekierowane wszystkim komunikaty startowe. Ponadto, na port szeregowy jest przekierowany jeden ze standardowych terminali umożliwiający podanie nazwy użytkownika, hasła i zalogowanie się do komputera. Domyślnie port szeregowy w Raspbian jest dostępny jak /dev/ttyAMA0. Żeby przejąć nad nim pełną kontrolę nad należy domyślną konfigurację zmodyfikować, tak aby mógł być wykorzystany wyłącznie do naszych celów i żeby jego praca nie była zakłócana niepotrzebnymi komunikatami.

1. Po pierwsze otwieramy do edycji plik /boot/cmdline.txt: 

<source lang = 'bash'>
sudo nano /boot/cmdline.txt
</source>

Powinny się w nim znajdować mniej więcej następujące ustawienia:

<source lang = 'bash'>
dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait
</source>

Słowo kluczowe console ustawia standardowy strumień wyjścia na port szeregowy (ttyAMA0) i trafią tam wszystkie komunikaty pojawiające się w trakcie bootowania systemu, natomiast słowo kluczowe kgdboc włącza tryb debugowania jądra. Żeby uwolnić port szeregowy od tych zastosowań musimy usunąć wszystkie odniesienia do ttyAMA0, modyfikując powyższy wiersz np. do następującej postaci:

<source lang = 'bash'>
dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait
</source>

2. Teraz pozostaje zmodyfikować ustawienia terminali:

Otwieramy do edycji plik /etc/inittab:

<source lang = 'bash'>
sudo nano /etc/inittab
</source>

gdzie znajdujemy następujący fragment:

<source lang = 'bash'>
#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line
T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100
</source>

i go wykomentowujemy:

<source lang = 'bash'>
#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line
#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100
</source>

3. Żeby zmiany weszły w życie musimy jeszcze zrestartować system:

<source lang = 'bash'>
sudo reboot
</source>

4. Po restarcie powinniśmy dysponować w zasadzie standardowym linuksowym portem szeregowym, niezakłócanym przez żadne procesy systemowe. Poprawność powyższej procedury możemy sprawdzić upewniając się jaka jest aktualna konsola ustawiona dla jądra:

<source lang = 'bash'>
cat /proc/cmdline
</source>

i czy żaden proces nie używa portu szeregowego (w szczególności getty):

<source lang = 'bash'>
ps aux | grep ttyAMA0
</source>

====Narzędzia do testowania modułu GPS====

Żeby przetestować czy nasz moduł GPS funkcjonuje prawidłowo instalujemy następujące narzędzia:
<source lang = 'bash'>
sudo apt-get install gpsd gpsd-clients python-gps
sudo apt-get install minicom
</source>

Po pierwsze możemy podejrzeć czy nasz moduł GPS wysyła cokolwiek przez port szeregowy. Używamy do tego narzędzia minicom:

<source lang = 'bash'>
minicom -b 9600 -o -D /dev/ttyAMA0
</source>

Żeby z niego wyjść należy wcisnąć 'Ctr+A' a następnie 'X' i potwierdzić wybór.

Powinniśmy zobaczyć komunikaty NMEA, nawet jeżeli odbiornik jest uruchomiony w budynku :

[[File:Minicom.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:minicom"></figure>]]

W zależności czy moduł już "zafixował" położenie, czy jeszcze nie, zobaczymy więcej lub mniej aktualnych danych. Należy pamiętać, że nawet przy dobrej widoczności satelitów potrzeba minimum około 45 sekund na uzyskanie "fixu". Jeżeli otrzymujemy dane, możemy spróbować użyć gotowego programu do ich parsowania. W tym celu uruchamiamy demon parsujący dane z portu szeregowego:

<source lang = 'bash'>
sudo gpsd /dev/ttyAMA0 -F /var/run/gpsd.sock
</source>

Następnie uruchamiam program do wyświetlania danych:
<source lang = 'bash'>
cgps -s
</source>

Powinniśmy zobaczyć taki widok:

[[File:Gpsd.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:Gpsd"></figure>]]

Jeżeli pracujemy w środowisku Xów możemy uruchomić graficzna wersję programu:

<source lang = 'bash'>
xgps
</source>

i obejrzeć rozmieszczenie satelitów na niebie:

[[File:Xgps.png|600px|thumb|center|<figure id="fig:xps"></figure>]]

Należy pamiętać, że jeżeli chcielibyśmy ponownie uzyskać "ręczny" dostęp do portu szeregowego należy wcześniej zakończyć pracę demona gpsd, który blokuje możliwość używania portu przez inne programy:

<source lang = 'bash'>
sudo killall gpsd 
</source>

====Ćwiczenia====
1. Napisz w języku Python parser danych otrzymywanych z GPS. W przypadku niemożliwości uzyskania fixingu użyj poniższych danych testowych:

2. W pliku track.txt znajduje się zarejestrowana trasa zapisana w formacie NEMA. Przeprowadź parsowanie danych, nanieś uzyskane współrzędne i ustal: adres początkowy/końcowy trasy, czas pokonania trasy, średnią i maksymalną prędkość.

3. [Dla zaawansowanych] Przygotuj GPS logger zasilany ogniwem litowym i z jego wykorzystaniem spróbuj zdigitalizować kształt wybranej powierzchni terenu (wybierz miejsce z charakterystyczną rzeźbą np. Pola Mokotowskie, Górkę Szczęśliwicką czy też Skarpę Wiślaną). Z uzyskanych punktów odtwórz trójwymiarowy model rzeźby terenu.

====Wskazówki====

1. Do narysowania danych odczytanych z GPS w postaci trasy na mapie można użyć narzędzia internetowego GPS Visualizer, pozwalającego wczytać dane w formacie NMEA: http://www.gpsvisualizer.com/

====Ciekawostki====
GPS loggery wykorzystano w badaniu zachowania psów pasterskich i ich sposobów na zaganianie i kontrolowanie stada owiec. Zebrane dane pozwoliły stworzyć model komputerowy odwzorowujący zachowanie psa:

<iframe width="420" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/kGynBYD3sbE" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>

Daniel Strömbom, Richard P. Mann, Alan M. Wilson, Stephen Hailes, A. Jennifer Morton, David J. T. Sumpter, Andrew J. King, Solving the shepherding problem: heuristics for herding autonomous, interacting agents, The Royal Society, 2014
http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/11/100/20140719

===Zajęcia 6===
Plan zajęć:
*Zdalne logowanie na RP, automatyczny start oprogramowania, automatyzacja pomiarów
*Realizacja projektu zaliczeniowego

====Automatyczny start====
Czasami zachodzi potrzeba przygotowania komputera Raspberry Pi do automatycznego startu przygotowanych skryptów/programów bez zewnętrznej ingerencji użytkownika. Wówczas możemy uruchomić pożądane pomiary np. w warunkach terenowych bez dysponowania monitorem/klawiaturą/myszką. Do uruchamiania skryptów według harmonogramu lub w przypadku nastąpienia pewnym zdarzeń (np. uruchomienia) możemy użyć programu crone.

W pierwszej kolejności przygotowujemy skrypt uruchamiający o nazwie loggerLauncher.sh i przykładowej zawartości jak niżej:
<source lang = 'bash'>
#/bin/sh

cd /home/pi/
sudo python /home/pi/dataLogger.py
</source>

Zmieniamy ustawienia pliku na plik wykonywalny:
<source lang = 'bash'>
chmod 755 /home/pi/loggerLauncher.sh
</source>
Upewniamy się, że skrypt uruchamia się prawidłowo:
<source lang = 'bash'>
sh launcher.sh
</source>
Teraz możemy przygotowany skrypt dodać do zadań crone, otwieramy do edycji listę zadań:
<source lang = 'bash'>
sudo crontab -e
</source>
i dodajemy następującą linię:
<source lang = 'bash'>
@reboot sh /home/pi/loggerLauncher.sh >/home/pi/cronlog 2>&1
</source>
która spowoduje uruchomienia naszego skryptu przy starcie systemu. Możemy również ustawić cykliczne uruchamianie:
<source lang = 'bash'>
# Start co 2 minuty
*/2 * * * * /home/pi/loggerLauncher.sh >/home/pi/cronlog 2>&1
</source>

===Zajęcia 6===
Plan zajęć:
*Realizacja projektu zaliczeniowego i zaliczenie bloku tematycznego RP.

===Linki===
http://pi.gadgetoid.com/pinout

https://code.google.com/p/webiopi/

https://www.primianotucci.com/blog/android-on-udoo-quad

http://docs.scipy.org/doc/scipy-0.14.0/reference/generated/scipy.spatial.Delaunay.html

http://www.gpsinformation.org/dale/nmea.htm

===Dokumentacja===
[[Media:Raspberry-Pi-Rev-1.0-Model-AB-Schematics.pdf|Raspberry Pi Revision 1.0 Model AB]] - schemat elektryczny

[[Media:Raspberry-Pi-Rev-2.0-Model-AB-Schematics.pdf|Raspberry Pi Revision 2.0 Model AB]] - schemat elektryczny

[[Media:Raspberry-Pi-Rev-2.1-Model-AB-Schematics.pdf|Raspberry Pi Revision 2.1 Model AB]] - schemat elektryczny

===Przydatne polecenia Raspbian===
Uruchomienie Xów: startx
Login: pi
Hasło: raspberry

Sprawdzenie ile jest wolnego miejsca na dysku?:
df -Bm 
Dodaj -h (od ang. "Human readable"), żeby uzyskać informację przeliczoną na megabajty, gigabajty itd.  

Jak zamontować pendrive?

* Podłącz urządzenie 
* Sprawdź jaką nazwę nadał mu system:
ls /dev/sd*
* Zamontuj:
sudo mount -t vfat /dev/sda /mnt/usb

Upewnij się wcześniej, że folder /mnt/usb istnieje, w razie potrzeby utwórz.

Jak wyłączyć Raspberry Pi?

Użyj polecnia: sudo shutdown -h now albo w przypadku żywania LXDE GUI naciśnij czerwony przycisk wyłączenia w menu w prawym górnym rogu ekranu.

====Udostępnianie folderu w sieci Windows====

Instalujemy Sambę:
<source lang = 'bash'>
sudo apt-get install samba samba-common-bin
</source>

Tworzymy udostępniany folder:
<source lang = 'bash'>
mkdir ~/share
</source>

Otwieramy do edycji plik konfiguracyjny Samby:
<source lang = 'bash'>
sudo nano /etc/samba/smb.conf
</source>

Upewniamy się, że obsługa udostępniania folderów dla Windows jest włączony, a nazwa grupy roboczej taka do jakiej chcemy dołączyć:
<source lang = 'bash'>
workgroup = WORKGROUP
wins support = yes
</source>

Grupa robocza "WORKGROUP" jest domyślną grupą dla Windows.

Na końcu plik konfiguracyjnego dodajemy opis udostępnianego zasobu:
<source lang = 'bash'>
[PiShare]
 comment=Raspberry Pi Share
 path=/home/pi/share
 browseable=Yes
 writeable=Yes
 only guest=no
 create mask=0777
 directory mask=0777
 public=no
</source>

Parametr "public=no" oznacza, że każdy próbujący uzyskać dostęp do tego zasobu będzie musiał się zalogować. Należy ustawić jeszcze nazwę użytkownika i hasło do logowania do folderu:
<source lang = 'bash'>
sudo smbpasswd -a pi
</source>

Gotowe.

====Jak wykonać zrzut ekranu w Raspbian?====

Najpierw musimy zainstalować narzędzie scrot przeznaczone do tego celu:

<source lang = 'bash'>
sudo apt-get install scrot
</source>

A potem wystarczy je wywołać z linii poleceń w terminalu:

<source lang = 'bash'>
scrot
</source>
Zrzut ekranu zostanie zapisany w folderze, w którym aktualnie się znajdujemy. Jeżeli nie chcemy mieć na zrzucie ekranu widocznego okna terminalu możemy zrobić zrzut z zadanym opóźnieniem i zminimalizować w tym czasie terminal:

<source lang = 'bash'>
scrot -d 10
</source>
-->

<!--
==Okulograf ==

===1. Analiza obrazu===
* Wstęp o analizie obrazu - analizie kilkuwymiarowego sygnału
** przykłady wykorzystania analizy obrazu: qr codes, kody kreskowe, OCR, okulografia, AR, Microsoft HoloLens
** przedstawienie obrazu jako macierzy
** rgb, rgbA, hsv
** obraz z kamery
** OpenCV
* Zadania:
** podłączyć suwaki OpenCV pod każdy z kanałów B, G, R
<source lang="Python">
import cv2

def nothing(x):
    pass

cam = cv2.VideoCapture(0)

cv2.namedWindow("window")

cv2.createTrackbar("name", "window", 0, 255, nothing)

while True:
      frame = cam.read()[1]

      track_pos = cv2.getTrackbarPos("name", "window")

      cv2.imshow("window", frame)
      key = cv2.waitKey(10) & 0xFF
      if key == 27 or key == ord('q'):
      	 break

cam.release()
cv2.destroyAllWindows()


</source>
** przekonwetować obraz BGR do skali szarości
** narysować histogram
*** najłatwiej skorzystać z Matplotlib
*** dla obrazu z kamery należy skorzystać z opci "ion" w matplotlib, aby móc rysować na bieżąco 
*** należy skorzystać z funkcji cv2.calcHist - [http://docs.opencv.org/modules/imgproc/doc/histograms.html?highlight=cv2.calchist#cv2.calcHist]
*** wyrównać histogram - [http://pl.wikipedia.org/wiki/Wyr%C3%B3wnanie_histogramu]
** zaimplementować własny filtr
** wykrywanie danego obiektu po kolorze - konwersja na hsv - [http://opencv-python-tutroals.readthedocs.org/en/latest/py_tutorials/py_imgproc/py_colorspaces/py_colorspaces.html#object-tracking]
** dorysowanie obiektu na obrazie poruszającego się razem z wykrytym obiektem
*** np. kółko - [http://docs.opencv.org/modules/core/doc/drawing_functions.html#circle]

===2. Okulografia===
* Wstęp teoretyczny
** Co to są okulografy, jak działają i komu mogą pomóc.
** Dlaczego potrzebna jest korekcja ruchu głowy.
** Dlaczego obsługa interfejsu okulografem jest trudna - rozwiązania od Tobii i wykrywania ruchu głowy jako alternatywa.
** Eviacam - duzy projekt wykorzystujący bibliotekę OpenCV do wykrywania głowy i obsługi myszki
* Ergonomia oraz badanie
** Obsługa okulografu na kiju i Tobii
** Obsługa aplikacji do pisania i aplikacji do rysowania z projektu PISAK za pomocą okulografów oraz Eviacam-a(ruchy głową) 
** Ankieta ergonomiczności - używanie Tobii, używanie eyetracker-a na kiju, używanie Eviacam-a

===Zadanie dodatkowe dla chętnych===
Zaprojektowanie interfejsu do obsługi okulografem w oparciu o engine PISAKa

* Projektowanie interfejsu w PISAKu:
** widgets - moduły funkcjonalne PISAKa
** handlers - funkcje podłączane do przycisku
** jsony - składanie różnych modułów funkcjonalnych w jeden interfejs
** css-y - edycja wyglądu interfejsu 
* stworzenie własnego/zmodyfikowanie istniejącego interfejsu z myślą o obsłudze okulografem
* praca nad własnym interfejsem
* porównanie interfejsów
-->