python控制硬件入门：设置GPIO模式为BCM编号

来源：网络作者：日期：2025-11-04 08:48:01

Python控制硬件入门：轻松上手硬件编程的实战指南

引言：为什么用Python控制硬件？

Python以其简洁易读的语法和强大的库支持,成为了初学者和专业开发者喜爱的编程语言之一，而随着物联网（IoT）、智能家居、自动化控制等领域的兴起，越来越多的人开始关注如何用代码控制物理硬件，Python凭借其丰富的第三方库和跨平台特性，成为控制硬件设备的热门选择。

本文将带你从零开始,了解如何使用Python控制硬件设备，包括GPIO控制、传感器读取、执行器驱动等基础操作，并通过实际案例帮助你快速入门。

准备工作：环境搭建与工具选择

在开始编写代码之前,我们需要准备以下工具和环境：

硬件平台：
- 树莓派（Raspberry Pi）：适合初学者，功能强大，支持GPIO扩展。
- Arduino：可通过Python的pySerial库与串口通信，控制简单外设。
- Jetson Nano/树莓派Pico：适合更复杂的嵌入式项目。
软件环境：
- 操作系统：Linux、Windows或macOS均可。
- Python版本：建议使用Python 3.6或更高版本。
- 开发工具：推荐使用Thonny IDE或VS Code（安装Python扩展）。
必要的库：
- RPi.GPIO：用于树莓派的GPIO控制。
- smbus 或 smbus2：用于I2C/SPI通信。
- pySerial：用于与Arduino等设备的串口通信。
- pigpio：高性能GPIO库，适用于树莓派。

安装库：

pip install RPi.GPIO smbus2 pyserial pigpio

基础操作：GPIO控制

GPIO（General Purpose Input/Output）是硬件设备上通用的输入输出引脚，通过编程可以控制这些引脚的电平状态，从而实现对外部设备的控制。

示例：控制LED灯亮灭（树莓派）

import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
# 定义LED连接的引脚
led_pin = 17
# 设置引脚为输出模式
GPIO.setup(led_pin, GPIO.OUT)
try:
    while True:
        # 点亮LED
        GPIO.output(led_pin, GPIO.HIGH)
        print("LED ON")
        time.sleep(1)
        # 熄灭LED
        GPIO.output(edge_pin, GPIO.LOW)
        print("LED OFF")
        time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
    # 清理GPIO设置
    GPIO.cleanup()

注意：在实际连接硬件时，记得在LED两端串联一个电阻（通常为220Ω-1kΩ），以保护LED和GPIO引脚。

传感器数据读取

除了控制输出设备,Python还可以读取传感器数据，如温度、湿度、光线强度等。

python控制硬件入门：设置GPIO模式为BCM编号

示例：读取DHT11温湿度传感器数据

import Adafruit_DHT
# DHT11传感器连接到GPIO4
sensor = Adafruit_DHT.DHT11
pin = 4
# 读取数据
humidity, temperature = Adafruit_DHT.read_retry(sensor, pin)
if humidity is not None and temperature is not None:
    print(f"温度: {temperature}°C, 湿度: {humidity}%")
else:
    print("读取失败，请检查传感器连接。")

注意：需要先安装Adafruit_DHT库：

pip install Adafruit_DHT

与Arduino通信

通过串口通信,Python可以与Arduino进行双向数据交换，实现更复杂的控制逻辑。

示例：通过串口控制Arduino上的LED

Arduino端代码（led_control.ino）：

python控制硬件入门：设置GPIO模式为BCM编号

int led = 13;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(led, OUTPUT);
}
void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    char command = Serial.read();
    if (command == '1') {
      digitalWrite(led, HIGH);
    } else if (command == '0') {
      digitalWrite(led, LOW);
    }
  }
}

Python端代码：

import serial
import time
# 打开串口（根据实际情况修改端口和波特率）
ser = serial.Serial('COM3', 9600)
try:
    while True:
        user_input = input("输入 '1' 亮灯， '0' 灭灯：")
        ser.write(user_input.encode())
        time.sleep(0.1)
except KeyboardInterrupt:
    ser.close()
    print("程序结束")

进阶：I2C/SPI通信

对于更复杂的硬件设备（如显示屏、电机驱动模块等），通常使用I2C或SPI协议进行通信。

示例：使用I2C读取MPU6050加速度传感器数据

import smbus
import time
# MPU6050的I2C地址
MPU6050_ADDR = 0x68
# I2C总线编号（树莓派通常为1）
bus = smbus.SMBus(1)
# 读取加速度数据
def read_accelerometer():
    # 读取原始数据
    x_out = bus.read_word_data(MPU6050_ADDR, 0x3B)
    y_out = bus.read_word_data(MPU6050_ADDR, 0x3D)
    z_out = bus.read_word_data(MPU6050_ADDR, 0x3F)
    # 将数据转换为可读格式
    x = x_out / 16384.0
    y = y_out / 16384.0
    z = z_out / 16384.0
    return x, y, z
try:
    while True:
        accel = read_accelerometer()
        print(f"加速度: X={accel[0]}, Y={accel[1]}, Z={accel[2]}")
        time.sleep(0.1)
except KeyboardInterrupt:
    print("程序结束")