Raspberry Pi 实现刷卡就亮灯

先说一下本文用到的硬件：Raspberry Pi（Model A或Model B均可以），来自SeeedStudio的NFC开发板(PN532)和彩色LED灯(P9813)，可选配件为：单色LED光源，蜂鸣器。

软件的话就是wiringPi的库（便于控制针脚），还有spi-dev, spi-bcm的内核模块须要被加载（不然设备没法被发现），gcc什么的确定是必备啦

 

硬件链接

为了描述方便，这里使用wiringPi的针脚来进行说明，而图片当中则使用原始针脚来进行链接。

PN532：将Raspberry Pi的SPI的MOSI和MISO，CLK三个连接到PN532的开发板对应针脚上面，5V和GND可使用外接电源或者使用Pi上面的针脚。ChipSelect则使用了wiringPi的11针（具体针脚是要和你代码当中的针脚一致的）这里不得不说SeeedStudio网页的例子了，感受彻底是照搬的，没有按照本身的板子更改。它的2*3是SPI端口，可是只有MOSI，MISO，CLK是须要链接树莓派对应SPI端口的；而5V，GND则是由下部的6Pin针脚来获取的。ChipSelect则是经过上面标号为10的针脚来进行的。

P9813：虽然它使用的是SPI通讯协议，但它仅有4根线，除去5V和GND以外，只有CLK和MOSI了。因为它没有ChipSelect针脚，它一直接受总线信号。当它也接入SPI总线的时候会致使随机闪烁，所以咱们须要解决方案：1.想办法让它只能“听到”针对本身的信号，别人的信号听不到；2.用GPIO模拟SPI的MOSI和CLK，那么就分离了它。本文使用方案2来进行。同时因为购买的板子不是2.54mm的杜邦线插座，可是幸亏NFC的板子上面有对应接口，它们能够经过下面6Pin的4，5号针脚从外部引入信号。

上图的地线（黑色的那个）在20140308的从新链接电路并测试当中，发现该位置安装后不能正常SPI通信，而切换到旁边的（上图黑色线与方块之间，也就是黑线右邻）以后则能够正常使用了。也许当初我没焊接好？

图错了啊！！！！！！上图的MISO（粉色）应该链接SCK上方的那个针，MOSI（紫色）应该链接SCK右侧的针。20140308从新搭建的时候发现该错误……

简单LED和蜂鸣器：GND链接通用的就能够，而后每一个LED占用一个GPIO针脚，Beeper也是同样。由于它们比较简单，GPIO口处于高电压时就亮/发声；反之不亮/没有声音。操做起来只需设置他们的电位便可。

 

链接好以后，你能够经过wiringPi当中的gpio命令来测试LED和蜂鸣器是否可用：

gpio write {针脚编号，好比0，2，3，6} {1表明开，0表明关}

 

软件部分

（这个草稿早就开始写了，前一部分还好，这一部分写的时候就不知道当时想写哪些了…………那就把github上面的说明一下好了……）

思路：

软件读取NFC的数据（目前只会读取ID，并且是4ByteID，7Byte的应该无法读取），根据数据决定是否亮灯/提示音。若是遇到特殊的卡，则退出程序。

因为我但愿的是在临睡前自动关灯，因此设定了个延迟来让灯逐渐变暗而后灭掉。

伪代码：

初始化硬件

获取卡ID

IF 卡ID符合规则1 THEN

    设置灯泡亮，蜂鸣器发音

ENDIF

IF 卡ID符合规则2 THEN

    关灯，提示音

    退出程序

ENDIF

----------------------------

// 控制灯亮的线程（在main文件当中）

一直循环{

    获取当前颜色

    与目标颜色比较获得增量（若是为0则这次循环等待事后跳过）

    设置彩灯为增量过的颜色

    更新当前颜色

}

// 可是我发现这个线程并非真正的并行运行了。好比在main当中有sleep的时候它也不执行了（具体表现为，若是颜色是一直递减变为0的状况下，会出现1s保持恒定，1s变暗的状态）

-----------------------------

 

这里存在两个问题：1. 如何获取卡ID；2. 如何设置灯

获取卡ID(PN532.c)

这个直接使用http://blog.iteadstudio.com/to-drive-itead-pn532-nfc-module-with-raspberry-pi/的源代码做为参考。由于实际使用过程中不须要NFC直接进行P2P传输消息，因此我把P2P的部分给忽略掉了。

原始文件当中使用了部分wiringPi的库，可是本身重写了很多wiringPi原本的东西，通过个人对比，发如今wiringPiSPI当中的wiringPiSPISetup函数有不一样。我对仅使用wiringPi的和使用它给出的库运行了一下，对比发现wiringPi不能写入东西，而它给出的库能够读出来数据。这是由于wiringPiSPISetup当中他加入了如下函数来达到增长读取的功能：

if (ioctl (fd, SPI_IOC_RD_MODE, &spiMode)         < 0) return -1 ; 
if (ioctl (fd, SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD, &spiBPW) < 0) return -1 ; 
if (ioctl (fd, SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ, &speed)   < 0) return -1 ;
i = ioctl(fd, SPI_IOC_RD_LSB_FIRST,&spiLSB); 

 

（绿色字体的内容能够跳过）
难道原来的wiringPi不能这么作么？

究其缘由，我又去projects.drogon.net的网站看了看，若是你是从git.drogon.net下载的话，这个站点当中的SPI源文件是没有RD相关的函数的，也就是没有给SPI读取的权限，而另一个站点 github.com/WiringPi/ 下载的话则是有相关函数的。因此若是你遇到SPI相关问题，从github直接拖源码或许是个不错的选择。
由于咱们要抛弃掉附加的SPI库，转向使用wiringPi里边带的库，所以须要把上面连接当中的nfc代码略做修改。主要集中在wiringPiSPIDataRW函数上面。原来的代码当中感受很莫名其妙，设置了多个变量可是用到的只有一个……查看github上面的wiringPi源代码：

int wiringPiSPIDataRW (int channel, unsigned char *data, int len)

{

struct spi_ioc_transfer spi ;

channel &= 1 ;

spi.tx_buf = (unsigned long)data ;

spi.rx_buf = (unsigned long)data ;

spi.len = len ;

spi.delay_usecs = spiDelay ;

spi.speed_hz = spiSpeeds [channel] ;

spi.bits_per_word = spiBPW ;

return ioctl (spiFds [channel], SPI_IOC_MESSAGE(1), &spi) ;

}

与原来的对比，就能够知道在low level SPI当中，传入的字符指针只须要一个便可，它既充当tx的buf又充当rx的buf，运行完以后data当中的数据就是读取到的数据。

小小疑问：难道咱们不能直接传输整个字符串么？非得一个字符一个字符的传递？

其余的话都是小修小改，好比：

将delay改成usleep，由于我发现delay运行的状况下CPU负载20%以上，换作usleep则好不少。

添加了_chipSelect，而且初始化以后将chipSelect置于高位，也就是此时若是没有操做的话PN532默认是忽略信号的。

重命名了write，read，begin。感受这些函数起名容易让人误解，尤为是在初始化当中蹦出来个begin();让人以为莫名其妙。

添加了PN532DEBUG的宏，若是它被定义了，那么编译结果就会输出好多信息。

 

设置灯(P9813GPIO.c)

因为普通单色LED和蜂鸣器都是能够直接经过wiringPi的digitalWrite来操做的，一行程序便可解决问题，因此这些内容再也不赘述。不要忘了在初始化的时候将这些端口设置为OUT就能够了。

下面说说P9813这个三色LED。根据文档的描述，它是用SPI通信的，正巧PN532的板子上面有4pin的接口，接上去发现4pin对着的是SDA/SCL，查了一下这两个端口，它俩的意思是须要在写完8bit以后再写入一个bit；而P9813则是不接受冗余bit的，因此我以为不可行就没有测试了。而是用SPI的话是能够的。可是问题在于若是将PN532和P9813同时接入的话，P9813会不时的闪一下。查了P9813的文档，猜测到是PN532通信的时候，P9813没有忽略这些通信信号（SPI共享总线的）所以误操做了。可是树莓派没有第二个SPI引出，并且添加一个chipSelect给P9813又不知道如何下手，因此索性就用GPIO bit-bang了一个SPI。

你也能够从第一个图看到，我把SCL/SDA接入到了GPIO23/24当中。在wiringPi对应的是4，5两个。以后就须要进行逐bit的发信号了。这里涉及到如下5个函数：

void sendByte(unsigned char b);
//这个是逐个bit的发送b，也就是发送8次。根据datasheet，每一次发送都得让CLK升降一次。


void sendColor(unsigned char r, unsigned char g, unsigned char b);
//调用sendByte发送RGB颜色，注意到datasheet当中提示发送每一个RGB都须要带校验。


void setColorRGB(unsigned char r, unsigned char g, unsigned char b);
//调用sendColor来发送，这里须要添加前缀。


void setColorRGBs(unsigned char* r, unsigned char* g, unsigned char* b, int count);
//调用setColorRGB来设置多个彩灯的RGB，由于条件限制没有作测试，理论上是对的。datasheet说最多能够1024个。


void setColorRGBbuffered(unsigned char r, unsigned char g, unsigned char b);
//因为发现调用颜色设置函数过于频繁的时候CPU可能占用超过15%，是因为大量digitalWrite形成的，因此决定使用缓冲来减小这种状况。代码当中设计了上一次设置的时候的颜色，若是这次设置颜色与上一次相符则什么都不操做，不然就写入颜色。为了防止不一样步，设置了每隔一段时间强制写入（即便与上一次相符）

另外谁能告诉我怎么在C当中设置函数的访问权限？我不想让sendByte和sendColor从外部访问。别的都应只调用setColorRGB系列函数。

 

总结

按照上面的思路，你就可使用NFC来操控灯了。我这里只是一个极其简单的实现，NFC怎么读卡内容，P9813设置不一样颜色我都没有实现。不过如今就能够天天晚上刷卡亮灯，睡觉前把卡拿走，灯就会慢慢暗下来（最开始感受不到，最后快要灭掉的时候才能以为亮度明显下降了），免得以前躺被窝里以后还得拿手机登陆ssh设置gpio write 0 0来灭普通LED了……

若是你有兴趣，我把代码放在了github上面，你能够去看看：https://github.com/DC-Shi/PN532SPI-P9813GPIO 由于我首次使用 github，许多地方都不了解，尽请谅解。

 

（2014038）为何用GPIO去bit-bang一个SPI去控制P9813？

最开始是由于，直接把SCL，SDA接入到SPI上的话会致使在与PN532的交互过程当中，P9813也接受信号从而致使出现莫名其妙的颜色。

而如今我有了一个4053的模拟开关，能够作到控制是否接通，也就是把SPI引出来，接到模拟开关的输入，其输出再接P9813。通过测试，通路状态下一切正常，可是在将通路切换为断路的时候，灯会略微延迟（保持最后的颜色），以后自动切换到白色。这一点很是不爽。因此我如今仍是得用bitbang……

话说Pi有三条SPI的，可是只引出来一个，太惋惜了……

 

题外话

这其实也是个最简单的应用，我在看完RPi的摄像头模块能够红外摄像以后，以为能不能经过摄像头来捕捉红外信息，若是获取的图像是我躺着的图像，肯定事后就灭灯，若是看见我不是睡觉的话就亮灯？或者进行其余的设置？

仍是预告一下吧，我很久没写东西了（上篇仍是在10月份的……）。一个是年底总结，可是这个是技术博客，所以发发技术上今年都干了啥；一个是DS18B20的，我竟然以前没有写过！这个东西我9月14号就开始用了；还有一个是Surface的TF卡装Fedora20，上次装18的时候是安装到硬盘了，也尝试过TF卡，但一直没成功过，此次搞明白原理了弄成功了可是又遇到了新问题。