GPIO para Raspberry Pi ¿Qué es, para qué sirve y cuál es su utilidad en este mini ordenador?

La elaboración de proyectos es una de las razones de ser cualquier Raspberry Pi. Pero para poder llevarlos a la práctica, hace falta darle buen uso a los pines GPIO de este dispositivo. Cada modelo trae conexiones con distintas características y, para sacarles provecho, es fundamental conocerlas.

El éxito en el uso de los pines GPIO está en aprender cómo funciona el sistema de programación y en conectar adecuadamente los componentes para no causar ningún daño a la placa.

En esta guía, entraremos a profundidad en diferentes aspectos relacionados con estos pines, haciendo un paseo por las funciones que desempeñan en los modelos de Raspberry al igual que recomendaremos proyectos que se pueden desarrollar en estos ordenadores de placa única.

¿Qué es GPIO para Raspberry Pi y para qué sirven estos pines en las placas de mi mini PC?

Las siglas GPIO se refieren a "General Purpose Input/Output" o traducido al español es igual a entradas y salidas de propósito general. Una vez que se configuran correctamente, los pines están listos para desarrollar distintas funciones, no una en específico. En todos los modelos de Raspberry están organizados y distribuidos de la misma forma.

Los pines se adaptan a las necesidades de cada proyecto a través del lenguaje de programación. Sirven para controlar circuitos electrónicos, agregar periféricos de forma cómoda y establecer la comunicación entre estos periféricos y la placa. En pocas palabras, hace menos compleja la integración de las placas con componentes externos.

¿Cuáles son las principales funciones de los GPIO de Raspberry Pi según el modelo?

La cantidad de pines de la Raspberry Pi se ha ido incrementando desde la primera versión que tenía 26, hasta la actual que cuenta con 40, creando mayores opciones al momento de diseñar un proyecto. Lo bueno es que sin importar la versión, todos son igualmente compatibles con cualquier proyecto. Los pines se encuentran en fila al extremo derecho de la placa, y al no estar poblados dan la flexibilidad de usar las conexiones que sean necesarias para el proyecto.

Algunas de las funciones que pueden cumplir son las siguientes:

• Conectar un dispositivo externo.
• Recibir la señal del voltaje entrante enviada por el dispositivo conectado y determinar con la lectura si es alto o bajo.
• Enviar la señal de voltaje.
• Conexión UART para puertos y dispositivos de serie.
• Modular el ancho de pulso.
• Conexión GND o a tierra.
• Comunicación para el protocolo SPI para la sincronización de datos.

Utilidad de los pines GPIO ¿Qué puedo conectar y programar con ellos en una Raspberry Pi?

La cantidad de dispositivos externos que se van a conectar a la placa dependen en buena medida del proyecto a desarrollar. En algunos casos, se requieren más componentes que en otros, pero la capacidad que tiene cada microcomputador no deja de sorprender. Cada proyecto viene con instrucciones claras y específicas de dónde realizar las conexiones, para que el usuario pueda entender este proceso sin importar el nivel de conocimiento que tenga.

En cuanto a las conexiones, debemos indicar que en los pines se pueden instalar lo siguiente:

• Suministro de energía 3.3V y 5V.
• Entradas y salidas digitales para conectar interruptores y sensores simples.
• Dispositivos SPI de alta velocidad.
• Componentes I2C que permiten la comunicación entre los chip conectados.

Por otra parte, a nivel de programación, con el sistema operativo se le pueden asignar diversas funciones a los pines GPIO, ya que la placa Pi está diseñada para trabajar con programación física.

Entre las tareas que se pueden programar, tenemos:

• Programar los voltajes de las entradas y salidas.
• Automatizar la modulación de ancho de pulso, la cual controla la energía que se envía a una carga.
• El pase de información entre los circuitos integrados en la placa.
• La comunicación entre los circuitos integrados y los controladores.
• Y la comunicación entre el pin de transmisión y el de recepción.

GPIO vs Pines de un Arduino ¿En qué se diferencian estos componentes de electrónica?

A simple vista, diríamos que son dos placas bastante parecidas, con ambas se pueden crear diversos proyectos.

Sin embargo, las diferencias comienzan a aparecer cuando vemos más detalles de cada una:

• Software libre: en el caso de Arduino, cualquier persona puede crear sus propias versiones de la placa porque el software es abierto, mientras que en Raspberry ellos tienen el control de la creación y producción.
• Entradas: un punto fuerte que tiene Arduino es la combinación de entradas analógicas y digitales que se activan y desactivan fácilmente con su sistema. Por su lado, la Raspberry fue diseñada como un computador, tiene mayor potencia de cálculo y se le añaden nuevas características en cada versión.
• Conectividad: si hablamos de los modos de conexión, la Raspberry tiene integrados Wifi y Ethernet mientras que a una Arduino hay que añadirle una nueva placa que aumenta los gastos y limita la cantidad de puertos.
• Sistema: Arduino ejecuta directamente las tareas programadas, mientras que Raspberry necesita que el sistema operativo esté completo y tarda un poco más en arrancar. Este elemento incide en el desarrollo de algunos proyectos electrónicos, ya que toma más tiempo ejecutar las funciones, activar los puertos y correr el programa.
• Arduino es un micro controlador fácil de usar, que ejecuta pequeñas aplicaciones que controlan dispositivos básicos e ideal para cualquier proyecto electrónico. Raspberry fue creado más como un computador, ideal para implementar programas, actuar como servidor y para proyectos que requieren más complejidad y múltiples tareas.

Sin embargo, ambas aplicaciones son utilizadas por los desarrolladores de proyectos en todo el mundo, teniendo en cuenta sus características y particularidades.

Programación de Pines GPIO de Raspberry Pi ¿Qué lenguajes se utilizan para programar cualquier proyecto?

Adquirir la habilidad de programar es algo necesario cuando se trabaja en la elaboración de proyectos electrónicos. Afortunadamente, para las Raspberry Pi se cuentan con varias herramientas sencillas que permiten programar tareas.

Aquí te apuntamos cuatro lenguajes de programación que puedes utilizar:

Scratch

Este lenguaje permite aprender a programar sin ser un experto en el manejo de los códigos. Y aunque se podría utilizar la versión en línea, es mejor realizar la versión instalada para no perder las ventajas de GPIO.

Por ello, una vez que descargues e instales el programa, lo usas de esta manera:

• Ingresa al menú de Raspberry, pulsa en “Programming” y luego seleccionas “Scratch”.
• Allí se abrirá la aplicación y una recomendación válida es configurar el idioma.
• En el menú de bloques, selecciona la opción “Añadir una extensión” para utilizar los pines GPIO.
• Selecciona la opción “PI GPIO” y en la parte derecha presiona “Ok”.
• Ya con estas opciones activadas, puedes poner un pin de entrada y salida con la posibilidad de activarlo y desactivarlo. Además, el equipo está listo para accionar cualquier tarea que se le asigne.

Python

Este lenguaje es uno de los más utilizados en el mundo entero con la finalidad de crear aplicaciones y automatizar las operaciones. La filosofía es que cualquier persona con conocimientos básicos de programación lo pueda utilizar y beneficiarse de las ventajas que tiene. Hay que acotar que viene instalado por defecto en el sistema operativo Raspberry PI OS, esa es una ventaja porque no tendrás que instalar nada adicional.

Para utilizarlo sigue los siguientes pasos:

• Dentro del dispositivo, vamos a la sección "Menú- Programación".
• Una vez que nos muestre las opciones, selecciona la versión que debes utilizar.
• Se abre la "Pestaña Pyhton Shell". Desde ese momento, podremos escribir y ejecutar comandos viendo los resultados al instante.
• Cada vez que aparezca el símbolo ">>>" nos está dando la opción de que ingresemos comandos.

C/C++/C#

El lenguaje C es utilizado para crear sistemas y también aplicaciones. Se podría catalogar como de nivel medio, aunque también tiene características para bajo nivel. Por su lado, el C++ es un lenguaje híbrido y multiparadigma al que se le han sumado aspectos de la programación genérica. Finalmente, C# deriva de los dos anteriores, tiene algunas similitudes al java pero con mejoras. Está diseñado para generar programas sobre sí mismo.

Processing3

Este lenguaje está desarrollado en base a Java y es útil para la producción de elementos multimedia digitales. Es de código abierto y su uso es muy fácil.

Lista de los mejores proyectos que puedes realizar con los pines GPIO de tu Raspberry Pi

Llegó el momento de innovar e inventar. Hemos escogido tres proyectos interesantes que han sido compartidos y que pueden ser desarrollados por cualquier persona. Aplica tanto a los usuarios más avanzados, como a los niños con pocos conocimientos de programación. Lo que más se requiere son ganas de aprender.

Lee con atención cuáles son los proyectos:

Semáforo simple

Vamos a programar un semáforo convencional utilizando la aplicación PYthon, que como te contaba arriba viene instalado en la Pi.

Los pasos son los siguientes:

• Importa las librerías a utilizar.
• Después, declaramos el tipo de pin.
• Creamos un bucle y luego desactivamos y activamos los pines conectados al LED. Al final construimos el semáforo sobre la base del prototipo y lo conectamos a la tarjeta.

Los materiales necesarios para esta operación son los siguientes:

• 4 latiguillos.
• 3 resistencias.
• 3 diodos LED.
• 1 protoboard.

Luces LEDS

Este sencillo proyecto se basa en hacer un pequeño circuito con un par de luces LED y controlar uno de ellos con líneas de comandos mediante nuestra Raspberry Pi. Esta luz parpadeará con la frecuencia intermedia de un segundo.

Para lograrlo, debemos dar los siguientes pasos:

• Abre Python y crea un nuevo fichero para guardar el código de programación.
• En la primera línea, importa las librerías de los pines GPIO que nos van a permitir tomar el control.
• A continuación, elegimos el modo por el que nos vamos a dirigir al pin, si por la placa o por el chip. Una vez que decidamos, iniciamos el pin y  se controlan con las opciones "True" o "False".
• Al final, una pestaña nos mostrará cómo quedó la programación definitiva y le damos "Guardar".

Para conseguir el objetivo, es necesario que tengamos a la mano los siguientes elementos:

• 1 resistencia 100Ω.
• 2 latiguillos.
• 1 protoboard.
• 1 diodo LED (5mm).

Sistema de seguridad

Hacer esta programación con tu placa Raspberry no es complicado . Este sistema escanea el entorno de tu casa y hace una notificación a tu teléfono. Igualmente te avisa cuando se desconecta por alguna razón. La base de este proyecto es una Raspberry Pi 3.