基于BeagleBone Black的网页LED控制功能(Flask+gpiod)
目录
- 项目介绍
- 硬件介绍
- 项目设计
- 开发环境
- 功能实现
- 控制LED外设
- 构建Webserver
- 功能展示
- 项目总结
👉 【Funpack3-5】基于BeagleBone Black的网页LED控制功能
👉 Github: EmbeddedCamerata/BBB_led_flask_web_control
项目介绍
基于 BeagleBoard Black 开发板，在系统中建立一个网页，并且与板载 LED 联动，使用网线连接到设备上时，可以从网页中控制LED的开关与闪烁。
👉 BBB Cookbook
硬件介绍
BeagleBone® Black 是一款面向开发人员和业余爱好者的低成本、高扩展、并有社区支持的开发平台。处理器选用了 TI AM3358 芯片，基于 ARM Cortex-A8 架构处理器。还配备了丰富的扩展资源，包括HDMI接口、以太网、SD 卡槽、并预留了足够多的管脚用于AD转换、LCD显示屏、PWM 输出、I2C、串口等等。板卡可运行完整的 Linux 系统，且支持多种编程语言。
项目设计
开发环境
本项目使用 BBB 官方提供的 Debian 11.7 镜像，通过 SD 卡安装系统。而后，在 linux 内用 Python Flask 库进行开发，可能需要将板卡联网再安装 python3-flask 、python-gpiod。
功能实现
Flask 是一个使用 Python 编写的轻量级 Web 应用框架，它简洁而灵活，适用于开发小型至中型的 Web 应用。本项目使用 Flask 构建一个简单的 webserver：
- 定义路由和视图函数：通过装饰器来定义 URL 路由和对应的视图函数，当用户访问该 URL 时，Flask 将会调用对应的视图函数进行处理
- 编写视图函数：编写视图函数来处理用户的请求，并返回相应的响应结果
- 运行 Flask 应用：启动 Flask 应用，运行应用并监听指定的端口，等待用户请求
控制LED外设
BBB 板载4个 LED USR0~3。在 linux 板卡上，一般通过 libgpiod 对 GPIO 进行控制，gpiod 包对 libgpiod 进行了封装以供在 Python 调用。通过 gpioinfo 命令查看 USR0~3 对应的 GPIO 所在的 chip 与 line：
gpioinfo | grep -i -e chip -e usr
输出如下：
gpiochip0 - 32 lines:
gpiochip1 - 32 lines:
line 21: "[usr0 led]" "beaglebone:green:usr0" output active-high [used]
line 22: "[usr1 led]" "beaglebone:green:usr1" output active-high [used]
line 23: "[usr2 led]" "beaglebone:green:usr2" output active-high [used]
line 24: "[usr3 led]" "beaglebone:green:usr3" output active-high [used]
gpiochip2 - 32 lines:
gpiochip3 - 32 lines:
如下所示，通过 gpiod 可以控制 USR3：
import gpiod
import time
LED_CHIP = 'gpiochip1'
LED_LINE_OFFSET = [24] # USR0 run: gpioinfo | grep -i -e chip -e usr
chip = gpiod.Chip(LED_CHIP)
lines = chip.get_lines(LED_LINE_OFFSET)
lines.request(consumer='main.py', type=gpiod.LINE_REQ_DIR_OUT)
state = 0 # Start with LED off
while True:
lines.set_values([state])
state = ~state # Toggle the state
time.sleep(0.25)
在 Python 中通过 chip.get_lines([...]) 获取到 GPIO 所在的 line，通过 request 设置方向为输出，之后通过 lines.set_values([...]) 即可实现 GPIO 控制。 再写一个控制 USR3 闪烁的函数：
def blink_led():
i = 5
while i:
state = lines.get_values()[0]
lines.set_values([1 - state])
time.sleep(0.5)
i -= 1
构建Webserver
先新建 static 与 templates 目录，分别存放静态资源，例如图片、js、css文件，与模板文件。templates 下编写一个简单的 css，展示 LED 状态并设置三个按键控制其亮、灭、闪烁：
<!DOCTYPE html>
<head>
<title>GPIO Control</title>
<link rel="stylesheet" href='../static/style.css' />
</head>
<body>
<h2>BBB LED Webserver Control</h2>
<h3> Status </h3>
LED ==> {{ led }}
<br>
<h3> Commands </h3>
LED Ctrl ==>
<a href="/on" class="button">TURN ON</a>
<a href="/off" class="button">TURN OFF</a>
<a href="/blink" class="button">BLINK</a>
</body>
</html>
主程序上，先例化一个 Flask 应用实例，再为其指定路由：
- 根 URL 显示网页与 LED 状态
- 动作响应，根据响应的具体结果，on、off、或 blink 响应不同的动作，通过
line.set_values()实现 LED 亮灭，通过上述blink()函数实现闪烁。最后更新网页
from flask import Flask, render_template
app = Flask(__name__)
@app.route("/")
def index():
# Read Sensors Status
state = lines.get_values()[0]
templateData = {
"title": "GPIO output Status",
"led": state,
}
return render_template("index.html", **templateData)
@app.route("/<action>")
def action(action):
if action == "on":
lines.set_values([1])
if action == "off":
lines.set_values([0])
if action == "blink":
blink_led()
state = lines.get_values()[0]
templateData = {
"led": state,
}
return render_template("index.html", **templateData)
最后在 0.0.0.0:8080 上运行该 webserver 即可。
if __name__ == "__main__":
app.run(host="0.0.0.0", port=8080, debug=True)
功能展示
首先通过 USB 将板卡与 PC 连接，板卡通过 USB 供电。在 PC 上连接板卡的有线网。此时，PC IP 地址为192.168.7.1，板卡地址为 192.168.7.2。
打开端口即可查看网页，网页中显示 LED 状态及三个控制按键：
USR3 LED 位于左下，靠近以太网口。用户点击不同按键改变 LED 状态后，网页会更新状态。
👉 详细展示参见：B站：基于BeagleBone Black的网页LED控制功能
项目总结
本次项目基于 BeagleBoard Black、gpiod 与 Flask 实现了在系统中建立网页界面，与用户进行交互与数据显示，学习了 Linux 开发板上控制 GPIO 的库 gpiod 的使用方法，实现了从网页中控制板载 LED 的开关与闪烁。