将 GPIO 用于二进制输入

通用 I/O （GPIO）引脚可配置为接收电信号作为输入。在最基本的级别，这对于检测线路的打开/关闭的方案非常有用。此类电路可能包括按钮、拨动开关、簧片开关、压力开关及其他设备，这些设备通过完成电路来表示二进制（开/关）值。

在本教程中，你将使用 .NET 和 Raspberry Pi 的 GPIO 引脚来检测线路的开始和关闭。

先决条件

基于 ARM 的单板计算机（ARMv7 或更高版本）（SBC）
跳线
面包板（可选）
树莓派 GPIO 扩展板（可选）
.NET SDK 10 或更高版本

注释

本教程编写为假设目标设备为 Raspberry Pi。但是，本教程可用于支持.NET的任何基于 Linux 的 SBC，例如 Orange Pi、ODROID 等。

确保设备上启用了 SSH。对于 Raspberry Pi，请参阅 Raspberry Pi 文档中的 SSH 服务器设置。

准备硬件

使用硬件组件生成线路，如下图所示：

上图描绘了接地引脚和引脚 21 之间的直接连接。

小提示

出于说明目的，该图显示了线路板和 GPIO 分线，你可以随意将接地引脚和引脚 21 与 Raspberry Pi 上的跳线连接起来。

根据需要，请参阅以下引脚分配关系图：

图片由 Raspberry Pi Foundation 提供。

创建应用

在首选开发环境中完成以下步骤：

使用 .NET CLI 或 Visual Studio 创建新的.NET控制台应用。将其命名 为 InputTutorial。
```
dotnet new console -o InputTutorial
cd InputTutorial
```
将 System.Device.Gpio 包添加到项目。使用项目目录中的 .NET CLI 或 Visual Studio。
```
dotnet package add System.Device.Gpio --version 4.0.1
```
将 Program.cs 的内容替换为以下代码：
```
using System.Device.Gpio;
using System.Threading.Tasks;

const int Pin = 21;
const string Alert = "ALERT 🚨";
const string Ready = "READY ✅";

using var controller = new GpioController();
controller.OpenPin(Pin, PinMode.InputPullUp);

Console.WriteLine(
    $"Initial status ({DateTime.Now}): {(controller.Read(Pin) == PinValue.High ? Alert : Ready)}");

controller.RegisterCallbackForPinValueChangedEvent(
    Pin,
    PinEventTypes.Falling | PinEventTypes.Rising,
    OnPinEvent);

await Task.Delay(Timeout.Infinite);

static void OnPinEvent(object sender, PinValueChangedEventArgs args)
{     
    Console.WriteLine(
        $"({DateTime.Now}) {(args.ChangeType is PinEventTypes.Rising ? Alert : Ready)}");
}
```
在前面的代码中：
- using 声明创建一GpioController个实例。声明 using 可确保对象被妥善处理并释放硬件资源。
  - GpioController 实例化时没有参数，指示它应检测正在运行的硬件平台，并使用逻辑引脚编号方案。
- GPIO 引脚 21 已使用 PinMode.InputPullUp 打开。
  - 这将激活引脚并接入 上拉电阻。在此模式下，当引脚连接到地面时，它将返回 PinValue.Low。当引脚断开与接地的连接并且电路处于开路状态时，引脚返回PinValue.High。
- 初始状态使用三元表达式写入控制台。引脚的当前状态通过 Read() 读取。 PinValue.High如果是，则会将Alert字符串写入控制台。否则，它会写入 Ready 字符串。
- RegisterCallbackForPinValueChangedEvent() 为引脚上的 PinEventTypes.Rising 和 PinEventTypes.Falling 事件注册回调函数。这些事件分别对应于引脚状态 PinValue.High 和 PinValue.Low。
- 回调函数指向调用 OnPinEvent()的方法。 OnPinEvent() 使用另一个同时写入相应 Alert 或 Ready 字符串的三元表达式。
- 主线程在等待引脚事件时无限期休眠。
构建应用程序。如果使用 .NET CLI，请运行 dotnet build。若要在 Visual Studio 中生成，请按 Ctrl+Shift+B。
将应用作为独立应用部署到 SBC。有关说明，请参阅将 .NET 应用部署到 Raspberry Pi。请确保使用 .. 授予可执行文件chmod +x权限。
切换到部署目录并运行可执行文件，在 Raspberry Pi 上运行应用。
```
./InputTutorial
```
控制台显示类似于以下内容的文本：
```
Initial status (05/10/2022 15:59:25): READY ✅
```
断开引脚 21 与地面的连接。控制台显示类似于以下内容的文本：
```
(05/10/2022 15:59:59) ALERT 🚨
```
重新连接引脚 21 和地面。控制台显示类似于以下内容的文本：
```
(05/10/2022 16:00:25) READY ✅
```
按 Ctrl+C 终止程序。

祝贺！你已使用 GPIO 来检测使用 NuGet 包的 System.Device.Gpio 输入！此类型的输入有许多用途。此示例可用于任何开关连接或中断线路的方案。下面是一个示例，它与磁力开关一起使用，通常用于检测打开的门或窗户。

动画 GIF 演示磁簧开关的打开和关闭。开关靠近磁铁，应用显示 READY。将磁体移开，应用显示 ALERT。然后重复该动作。

激光绊线

进一步扩展前面的示例概念，让我们看看如何将其应用于创建激光行程线。生成激光绊线需要以下附加组件：

KY-008 激光发射机模块
激光接收器传感器模块 （请参阅以下说明）
2 个 10K Ω 电阻

注释

激光接收器传感器模块 是应用于许多互联网零售商的通用模块的通用名称。设备的名称或制造商可能有所不同，但应类似于此映像。

激光接收器传感器模块的图像

连接激光绊线硬件

按照下面的图示连接组件。

请密切关注 10KΩ 电阻。这些实现分压器。这是因为激光接收器模块输出 5V 以指示梁已损坏。 Raspberry Pi 仅支持最多 3.3V 的 GPIO 输入。由于将完整的 5V 发送到引脚可能会损坏 Raspberry Pi，接收器模块的电流通过电压除法器传递，将电压减半到 2.5V。

应用源代码更新

您可以几乎使用之前相同的代码，但存在一个例外情况。在其他示例中，我们使用了PinMode.InputPullUp，以便当引脚断开与地连接且线路断开时，引脚将返回PinValue.High。

但对于激光接收器模块，我们没有检测到线路开路。相反，我们希望将该引脚用作接收器，以接收激光接收器模块的电流。在本例中，我们将打开PinMode.InputPullDown。引脚在没有接收到电流时返回 PinValue.Low，当它从激光接收器模块接收到电流时返回 PinValue.High。

controller.OpenPin(pin, PinMode.InputPullDown);

重要

在测试激光行程线之前，请确保在 Raspberry Pi 上部署的代码包含此更改。程序 确实可以 没有它运行，但使用错误的输入模式可能会损坏你的 Raspberry Pi！

显示激光绊线演示的动画 GIF。激光发射器将激光传感器模块点亮，应用程序显示“已准备好”。激光束被打断，应用程序显示“警报”。然后重复该动作。

获取源代码

本教程的源码可以在 GitHub 上找到。

后续步骤

了解如何从传感器读取环境条件

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Last updated on 2026-03-11