使用 GPIO 進行二進位輸入

一般用途 I/O（GPIO）引腳可以設定為接收電信號作為輸入。在最基本的層級，這適用於偵測線路的開啟/關閉案例。這類線路可能包括按鈕、切換開關、簧片開關、壓力開關和其他裝置，這些裝置通過完成電路來表示二進位（開/關）值。

在這個教學中，你會使用 .NET 和 Raspberry Pi 的 GPIO 腳位來偵測電路的開合。

先決條件

ARM 型（ARMv7 或更新版本）單板電腦（SBC）
跳線
麵包板（選擇性）
Raspberry Pi GPIO 擴展板（選用）
.NET SDK 10 或更新版本

備註

本教學課程是以Raspberry Pi為目標裝置所撰寫。不過，這個教學也可以用於任何支援 .NET 的 Linux 基礎 SBC，例如 Orange Pi、ODROID 等。

確定您的裝置上已啟用 SSH。針對Raspberry Pi，請參閱Raspberry Pi檔中的設定 SSH 伺服器。

準備硬體

使用硬體元件來建置線路，如下圖所示：

上圖描述接地針腳與針腳 21 之間的直接連線。

小提示

此圖描述了一個麵包板和 GPIO 拓展板用於說明，但可以直接在 Raspberry Pi 上使用跳線線隨意連接接地針腳和針腳 21。

請視需要參閱下列接腳配置圖：

圖片由Raspberry Pi基金會提供。

建立應用程式

在慣用的開發環境中完成下列步驟：

請使用 .NET CLI 或 Visual Studio 建立一個新的 .NET 控制台應用程式。叫它 InputTutorial。
```
dotnet new console -o InputTutorial
cd InputTutorial
```
將 System.Device.Gpio 套件加入專案。請使用專案目錄中的 .NET CLI 或 Visual Studio。
```
dotnet package add System.Device.Gpio --version 4.0.1
```
使用下列程式碼取代 Program.cs 的內容：
```
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)}");
}
```
在上述程式碼中：
- 使用宣告會產生一個 GpioController 的實例。宣 using 告確保物件被處置，硬體資源被正確釋放。
  - GpioController 實例化時沒有參數，表示它應該偵測所運行的硬體平台並使用邏輯腳位編號方案。
- GPIO 腳位 21 已被 PinMode.InputPullUp 開啟。
  - 這會打開引腳，同時啟用一個上拉電阻。在此模式下，當腳位接地時，會返回 PinValue.Low。當腳位與接地斷開且電路是開路狀態時，腳位返回到 PinValue.High。
- 初始狀態會使用三元表示式寫入主控台。讀取腳位的當前狀態為 Read()。如果是 PinValue.High，會把 Alert 字串寫入主控台。否則，它會寫入字串 Ready。
- RegisterCallbackForPinValueChangedEvent()為PinEventTypes.Rising和PinEventTypes.Falling事件在腳位上同時註冊回調函式。這些事件分別對應於 PinValue.High 和 PinValue.Low 的腳位狀態。
- 回調函數指向一個稱為 OnPinEvent()的方法。 OnPinEvent() 使用另一個三元運算子，該運算子會寫出對應的 Alert 或 Ready 字串。
- 主線程在等候引腳事件時會無限期地睡眠。
建置應用程式。如果使用 .NET CLI，請執行 dotnet build。要在Visual Studio中建構，請按 Ctrl+Shift+B。
將應用程式部署至 SBC 作為獨立應用程式。相關說明請參考 Deploy .NET 應用程式到 Raspberry Pi。務必使用chmod +x給可執行檔執行權限。
切換至部署目錄並執行可執行檔，在Raspberry Pi上執行應用程式。
```
./InputTutorial
```
主控台會顯示類似下列的文字：
```
Initial status (05/10/2022 15:59:25): READY ✅
```
斷開針腳 21 與接地的連接。主控台會顯示類似下列的文字：
```
(05/10/2022 15:59:59) ALERT 🚨
```
重新連接針腳 21 和接地。主控台會顯示類似下列的文字：
```
(05/10/2022 16:00:25) READY ✅
```
按 Ctrl+C 終止程式。

祝賀！你使用 NuGet 套件中的 GPIO 來偵測輸入！此類型的輸入有許多用途。這個範例可以與交換器連接或中斷線路的任何案例搭配使用。以下是將它與磁力開關搭配使用的範例，通常用來偵測打開的門或窗戶。

動畫GIF示範磁簧片開關的開關開關。開關會接觸到磁鐵，應用程式會顯示「準備好了」。磁鐵被移除後，應用程式顯示「警報」。接著重複這個動作。

雷射絆索

進一步擴充先前的範例概念，讓我們來探討這如何應用於建立雷射感應線。製作鐳射絆線（tripwire）需要下列額外的元件：

KY-008 激光發射模組
雷射接收器感測器模組 （見下方註解）
2 10K Ω電阻

備註

雷射接收器感測器模組 是許多網路零售商常見的模組名稱。裝置的名稱或製造商可能會有所不同，但應該類似此映像。

雷射接收感測器模組影像

連接雷射絆線裝置硬體

請依照下圖所示連接元件。

密切關注 10K Ω電阻。這些裝置實作電壓分壓器。這是因為雷射接收器模組輸出 5V 來表示光束已中斷。 Raspberry Pi 只支援最多 3.3V 的 GPIO 輸入。由於將完整的 5V 傳送到針腳可能會損壞 Raspberry Pi，因此接收器模組的電流會通過電壓分流器，將電壓減半至 2.5V。

套用原始程式碼更新

你幾乎可以使用之前的程式碼，只有一個例外。在其他例子中，我們使用 PinMode.InputPullUp 使得當腳位與接地斷開且電路斷開時，腳位會返回 PinValue.High。

不過，在鐳射接收器模塊的情況下，我們不會偵測到開放式電路。相反地，我們希望引腳作為電流從雷射接收器模組洩入的途徑。此時，我們將使用PinMode.InputPullDown開啟引腳。這樣一來，當腳位沒有電流時，會回傳PinValue.Low；當它接收到雷射接收模組的電流時，會回傳PinValue.High。

controller.OpenPin(pin, PinMode.InputPullDown);

這很重要

在測試鐳射 tripwire 之前，請確定部署在 Raspberry Pi 上的程式碼包含這項變更。程式在沒有該元素的情況下確實能運作，但使用錯誤的輸入模式可能會損壞你的 Raspberry Pi！

動畫GIF，展示雷射絆線的示範。雷射發射器點亮雷射感應模組，應用程式顯示「就緒」。雷射光束壞掉了，應用程式顯示警報。接著重複這個動作。

取得原始程式碼

本教學的原始碼為可於 GitHub 取得。

後續步驟

學習如何從感測器讀取環境條件

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Last updated on 2026-03-11