Raspberry Pi 實現刷卡就亮燈

先說一下本文用到的硬件：Raspberry Pi（Model A或Model B均可以），來自SeeedStudio的NFC開發板(PN532)和彩色LED燈(P9813)，可選配件爲：單色LED光源，蜂鳴器。

軟件的話就是wiringPi的庫（便於控制針腳），還有spi-dev, spi-bcm的內核模塊須要被加載（不然設備沒法被發現），gcc什麼的確定是必備啦

 

硬件鏈接

爲了描述方便，這裏使用wiringPi的針腳來進行說明，而圖片當中則使用原始針腳來進行鏈接。

PN532：將Raspberry Pi的SPI的MOSI和MISO，CLK三個連接到PN532的開發板對應針腳上面，5V和GND可使用外接電源或者使用Pi上面的針腳。ChipSelect則使用了wiringPi的11針（具體針腳是要和你代碼當中的針腳一致的）這裏不得不說SeeedStudio網頁的例子了，感受徹底是照搬的，沒有按照本身的板子更改。它的2*3是SPI端口，可是隻有MOSI，MISO，CLK是須要鏈接樹莓派對應SPI端口的；而5V，GND則是由下部的6Pin針腳來獲取的。ChipSelect則是經過上面標號爲10的針腳來進行的。

P9813：雖然它使用的是SPI通訊協議，但它僅有4根線，除去5V和GND以外，只有CLK和MOSI了。因爲它沒有ChipSelect針腳，它一直接受總線信號。當它也接入SPI總線的時候會致使隨機閃爍，所以咱們須要解決方案：1.想辦法讓它只能「聽到」針對本身的信號，別人的信號聽不到；2.用GPIO模擬SPI的MOSI和CLK，那麼就分離了它。本文使用方案2來進行。同時因爲購買的板子不是2.54mm的杜邦線插座，可是幸虧NFC的板子上面有對應接口，它們能夠經過下面6Pin的4，5號針腳從外部引入信號。

上圖的地線（黑色的那個）在20140308的從新鏈接電路並測試當中，發現該位置安裝後不能正常SPI通信，而切換到旁邊的（上圖黑色線與方塊之間，也就是黑線右鄰）以後則能夠正常使用了。也許當初我沒焊接好？

圖錯了啊！！！！！！上圖的MISO（粉色）應該鏈接SCK上方的那個針，MOSI（紫色）應該鏈接SCK右側的針。20140308從新搭建的時候發現該錯誤……

簡單LED和蜂鳴器：GND鏈接通用的就能夠，而後每一個LED佔用一個GPIO針腳，Beeper也是同樣。由於它們比較簡單，GPIO口處於高電壓時就亮/發聲；反之不亮/沒有聲音。操做起來只需設置他們的電位便可。

 

鏈接好以後，你能夠經過wiringPi當中的gpio命令來測試LED和蜂鳴器是否可用：

gpio write {針腳編號，好比0，2，3，6} {1表明開，0表明關}

 

軟件部分

（這個草稿早就開始寫了，前一部分還好，這一部分寫的時候就不知道當時想寫哪些了…………那就把github上面的說明一下好了……）

思路：

軟件讀取NFC的數據（目前只會讀取ID，並且是4ByteID，7Byte的應該無法讀取），根據數據決定是否亮燈/提示音。若是遇到特殊的卡，則退出程序。

因爲我但願的是在臨睡前自動關燈，因此設定了個延遲來讓燈逐漸變暗而後滅掉。

僞代碼：

初始化硬件

獲取卡ID

IF 卡ID符合規則1 THEN

    設置燈泡亮，蜂鳴器發音

ENDIF

IF 卡ID符合規則2 THEN

    關燈，提示音

    退出程序

ENDIF

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// 控制燈亮的線程（在main文件當中）

一直循環{

    獲取當前顏色

    與目標顏色比較獲得增量（若是爲0則這次循環等待事後跳過）

    設置彩燈爲增量過的顏色

    更新當前顏色

}

// 可是我發現這個線程並非真正的並行運行了。好比在main當中有sleep的時候它也不執行了（具體表現爲，若是顏色是一直遞減變爲0的狀況下，會出現1s保持恆定，1s變暗的狀態）

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這裏存在兩個問題：1. 如何獲取卡ID；2. 如何設置燈

獲取卡ID(PN532.c)

這個直接使用http://blog.iteadstudio.com/to-drive-itead-pn532-nfc-module-with-raspberry-pi/的源代碼做爲參考。由於實際使用過程中不須要NFC直接進行P2P傳輸消息，因此我把P2P的部分給忽略掉了。

原始文件當中使用了部分wiringPi的庫，可是本身重寫了很多wiringPi原本的東西，通過個人對比，發如今wiringPiSPI當中的wiringPiSPISetup函數有不一樣。我對僅使用wiringPi的和使用它給出的庫運行了一下，對比發現wiringPi不能寫入東西，而它給出的庫能夠讀出來數據。這是由於wiringPiSPISetup當中他加入瞭如下函數來達到增長讀取的功能：

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); 

 

（綠色字體的內容能夠跳過）
難道原來的wiringPi不能這麼作麼？

究其緣由，我又去projects.drogon.net的網站看了看，若是你是從git.drogon.net下載的話，這個站點當中的SPI源文件是沒有RD相關的函數的，也就是沒有給SPI讀取的權限，而另一個站點 github.com/WiringPi/ 下載的話則是有相關函數的。因此若是你遇到SPI相關問題，從github直接拖源碼或許是個不錯的選擇。
由於咱們要拋棄掉附加的SPI庫，轉向使用wiringPi裏邊帶的庫，所以須要把上面連接當中的nfc代碼略做修改。主要集中在wiringPiSPIDataRW函數上面。原來的代碼當中感受很莫名其妙，設置了多個變量可是用到的只有一個……查看github上面的wiringPi源代碼：

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) ;

}

與原來的對比，就能夠知道在low level SPI當中，傳入的字符指針只須要一個便可，它既充當tx的buf又充當rx的buf，運行完以後data當中的數據就是讀取到的數據。

小小疑問：難道咱們不能直接傳輸整個字符串麼？非得一個字符一個字符的傳遞？

其餘的話都是小修小改，好比：

將delay改成usleep，由於我發現delay運行的狀況下CPU負載20%以上，換作usleep則好不少。

添加了_chipSelect，而且初始化以後將chipSelect置於高位，也就是此時若是沒有操做的話PN532默認是忽略信號的。

重命名了write，read，begin。感受這些函數起名容易讓人誤解，尤爲是在初始化當中蹦出來個begin();讓人以爲莫名其妙。

添加了PN532DEBUG的宏，若是它被定義了，那麼編譯結果就會輸出好多信息。

 

設置燈(P9813GPIO.c)

因爲普通單色LED和蜂鳴器都是能夠直接經過wiringPi的digitalWrite來操做的，一行程序便可解決問題，因此這些內容再也不贅述。不要忘了在初始化的時候將這些端口設置爲OUT就能夠了。

下面說說P9813這個三色LED。根據文檔的描述，它是用SPI通信的，正巧PN532的板子上面有4pin的接口，接上去發現4pin對着的是SDA/SCL，查了一下這兩個端口，它倆的意思是須要在寫完8bit以後再寫入一個bit；而P9813則是不接受冗餘bit的，因此我以爲不可行就沒有測試了。而是用SPI的話是能夠的。可是問題在於若是將PN532和P9813同時接入的話，P9813會不時的閃一下。查了P9813的文檔，猜測到是PN532通信的時候，P9813沒有忽略這些通信信號（SPI共享總線的）所以誤操做了。可是樹莓派沒有第二個SPI引出，並且添加一個chipSelect給P9813又不知道如何下手，因此索性就用GPIO bit-bang了一個SPI。

你也能夠從第一個圖看到，我把SCL/SDA接入到了GPIO23/24當中。在wiringPi對應的是4，5兩個。以後就須要進行逐bit的發信號了。這裏涉及到如下5個函數：

void sendByte(unsigned char b);
//這個是逐個bit的發送b，也就是發送8次。根據datasheet，每一次發送都得讓CLK升降一次。


void sendColor(unsigned char r, unsigned char g, unsigned char b);
//調用sendByte發送RGB顏色，注意到datasheet當中提示發送每一個RGB都須要帶校驗。


void setColorRGB(unsigned char r, unsigned char g, unsigned char b);
//調用sendColor來發送，這裏須要添加前綴。


void setColorRGBs(unsigned char* r, unsigned char* g, unsigned char* b, int count);
//調用setColorRGB來設置多個彩燈的RGB，由於條件限制沒有作測試，理論上是對的。datasheet說最多能夠1024個。


void setColorRGBbuffered(unsigned char r, unsigned char g, unsigned char b);
//因爲發現調用顏色設置函數過於頻繁的時候CPU可能佔用超過15%，是因爲大量digitalWrite形成的，因此決定使用緩衝來減小這種狀況。代碼當中設計了上一次設置的時候的顏色，若是這次設置顏色與上一次相符則什麼都不操做，不然就寫入顏色。爲了防止不一樣步，設置了每隔一段時間強制寫入（即便與上一次相符）

另外誰能告訴我怎麼在C當中設置函數的訪問權限？我不想讓sendByte和sendColor從外部訪問。別的都應只調用setColorRGB系列函數。

 

總結

按照上面的思路，你就可使用NFC來操控燈了。我這裏只是一個極其簡單的實現，NFC怎麼讀卡內容，P9813設置不一樣顏色我都沒有實現。不過如今就能夠天天晚上刷卡亮燈，睡覺前把卡拿走，燈就會慢慢暗下來（最開始感受不到，最後快要滅掉的時候才能以爲亮度明顯下降了），免得以前躺被窩裏以後還得拿手機登陸ssh設置gpio write 0 0來滅普通LED了……

若是你有興趣，我把代碼放在了github上面，你能夠去看看：https://github.com/DC-Shi/PN532SPI-P9813GPIO 由於我首次使用 github，許多地方都不瞭解，盡請諒解。

 

（2014038）爲何用GPIO去bit-bang一個SPI去控制P9813？

最開始是由於，直接把SCL，SDA接入到SPI上的話會致使在與PN532的交互過程當中，P9813也接受信號從而致使出現莫名其妙的顏色。

而如今我有了一個4053的模擬開關，能夠作到控制是否接通，也就是把SPI引出來，接到模擬開關的輸入，其輸出再接P9813。通過測試，通路狀態下一切正常，可是在將通路切換爲斷路的時候，燈會略微延遲（保持最後的顏色），以後自動切換到白色。這一點很是不爽。因此我如今仍是得用bitbang……

話說Pi有三條SPI的，可是隻引出來一個，太惋惜了……

 

題外話

這其實也是個最簡單的應用，我在看完RPi的攝像頭模塊能夠紅外攝像以後，以爲能不能經過攝像頭來捕捉紅外信息，若是獲取的圖像是我躺着的圖像，肯定事後就滅燈，若是看見我不是睡覺的話就亮燈？或者進行其餘的設置？

仍是預告一下吧，我很久沒寫東西了（上篇仍是在10月份的……）。一個是年底總結，可是這個是技術博客，所以發發技術上今年都幹了啥；一個是DS18B20的，我竟然以前沒有寫過！這個東西我9月14號就開始用了；還有一個是Surface的TF卡裝Fedora20，上次裝18的時候是安裝到硬盤了，也嘗試過TF卡，但一直沒成功過，此次搞明白原理了弄成功了可是又遇到了新問題。