Pines de Raspberry Pi ¿Qué son los conectores de GPIO y para qué sirven en mi ordenador en miniatura?

Uno de los puntos más útiles, y a la vez más infravalorados de los módulos Raspberry Pi, son sus pines GPIO, pero al saber cómo utilizarlos, las posibilidades son casi infinitas.

Los puertos GPIO están incluidos en todos los modelos de la Raspberry Pi, aunque con diferencias en cada uno. Su presencia expande enormemente la funcionalidad de esta versátil placa.

Útiles tanto para proyectos de programación en Python y otros lenguajes, como para la inclusión de HATs en tu modelo de Raspberry Pi, saber cómo utilizar estos puertos te permitirá exprimir todo el potencial a tu mini computador, y ahora mismo vamos a explicar todo lo que necesitas saber para trabajar con los pines GPIO como un profesional.

¿Qué son los pines de Raspberry Pi y para qué sirven en la placa de mi mini ordenador?

GPIO es el acrónimo para "General Purpose Input/Output", y es básicamente un sistema de entrada y salida de propósito general, presentado como una serie de puertos en la placa Raspberry Pi, y destinado a diversos usos. Estos usos pueden variar dependiendo del proyecto que se tenga en mente, ya sea como un simple tablero de conexiones, hasta complejos proyectos de robótica.

Su principal función es hacer conexión entre tu Raspberry Pi y cualquier aparato que necesites agregar para la elaboración de un proyecto, desde una luz LED, hasta propósitos mucho más complejos.

¿Cuáles son las principales funciones de los pines GPIO de Raspberry Pi y cómo varían según el modelo?

Los pines GPIO en la Raspberry Pi le otorgan capacidades parecidas a las que puede tener Arduino, ya que la elevan de la condición de un simple mini computador accesible y le permiten recibir conexiones para una gran variedad de proyectos electrónicos. Los diferentes modelos de la Raspberry Pi tienen distinta cantidad de conectores GPIO de acuerdo a la versión de cada modelo.

Las versiones originales de la Raspberry Pi incluían 26 pines desplegados en columnas 2x13, que estaban realmente diseñados para funcionar como entrada y salida. Los posteriores modelos añaden una considerable expansión del número de pines, incrementando los 26 a 40 pines, entre los cuales podemos encontrar nueve nuevos pines GPIO. La compatibilidad es total, debido a que la función de los 26 primeros pines no cambia en absoluto.

La utilidad de los pines GPIO en la Raspberry Pi se puede resumir de esta forma:

• Tienen valores de salida de escritura y lectura.
• Pueden leer señales de ausencia o presencia de voltaje como datos binarios.
• Son controlables mediante código, lo que te permite subir o bajar su nivel de voltaje.
• Los pines GPIO tienen la facilidad de ser configurados de forma individual para entrada y salida.
• Tienen una capacidad máxima de voltaje que debes conocer para evitar alterar su funcionalidad.

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

La gran versatilidad de la Raspberry Pi es el motivo por el cual existe una gran cantidad de add-ons diseñados para acoplarse a ella y extender sus capacidades, estos reciben el acrónimo HATs (Hardware Attached on Top) y están pensados para acoplarse a la Raspberry Pi mediante los puertos GPIO. Existen muchísimos desarrolladores que han diseñado una amplia gama de HATs para expandir las funcionalidades de la Pi, y estos van desde sensores, táctiles y LCDs, hasta motores y dispositivos de audio.

Ahora, te presentamos una pequeña lista de HATs para iniciar tu camino en el uso de los puertos GPIO:

• Traffic Hat: integra un set de luces LED que trabajan con los pines GPIO que te permitirán aprender sus funciones de forma simple y básica.
• MotoZero: es un módulo de control para motores de corriente directa (DC), muy útil a la hora de integrar proyectos de robótica a tu Raspberry Pi.
• SkyWriter Hat: es un panel de controles gestuales para tu Raspberry Pi diseñado para detectar gestos y posiciones simples en 3D. Fácilmente controlable sin periféricos mediante la API Python.
• Piano Hat: Es un mini sintetizador de sonido con 16 teclas de piano y 18 botones sensitivos para iniciar en pequeños proyectos musicales.

Pines Raspberry Pi vs Pines de un Arduino ¿En qué se diferencian estos componentes de ambas placas de desarrollo?

Raspberry Pi y Arduino son dos productos que, en esencia se conforman por una placa que se puede usar como base para toda clase de proyectos de electrónica y robótica, pero se trata de dos productos completamente diferentes. Realizar una comparativa exacta entre ambas unidades es una tarea compleja debido a que son dos placas destinadas a propósitos muy distintos. Pero comparten un atributo en común, y esta es su gran utilidad para los proyectos de electrónica.

Ambos proyectos están muy parejos entre sí ya que ambos poseen sus pros y sus contras. Arduino está específicamente diseñado para ser un concepto base para casi cualquier proyecto, lo que posee una gran cantidad de entradas tanto analógicas como digitales para la instalación de una amplia diversidad de add-ons. Raspberry Pi, fue diseñado como un mini computador, por lo que si bien no es tan versátil en el campo de los proyectos de electrónica como Arduino, compensa esta carencia con una mayor potencia de cálculo.

Un punto a favor para la Raspberry Pi es su capacidad nativa de conexión a internet mediante Wifi o cable Ethernet. Aunque Arduino puede integrar estas capacidades mediante boards de expansión, al hacerlo se ocuparían parte de sus conexiones, además de gastar un poco más para obtener las expansiones.

Por otra parte, Arduino cuenta con un software dedicado para proyectos de electrónica que ejecuta la acción programada en la placa al momento de encenderla, a diferencia de Raspberry Pi, que requiere la instalación de un sistema operativo para poder realzar las acciones que requerimos, lo que termina impactando negativamente en muchos proyectos.

Programación de Pines de Raspberry Pi ¿Qué lenguajes se utilizan para programar al desarrollar hardware con los GPIO?

La forma de controlar los puertos GPIO de Raspberry Pi y utilizarlos para sacarle el mayor provecho para tus proyectos, es mediante lenguaje de programación. La versatilidad de la Raspberry Pi le da compatibilidad para leer una amplia gama de lenguajes de programación.

A continuación, te presentamos los más usados y útiles a la hora de utilizar los pines GPIO de tu Pi:

Scratch

Se trata de un lenguaje pensado para la enseñanza temprana de lenguajes de programación. Al estar segmentado en bloques, tiene la facilidad de centrarse en la lógica del lenguaje de programación sin inmiscuirse en la morfología y sintaxis usuales (puntos, comas, guiones, paréntesis, etc.) Raspberry Pi OS incluye una ventana con una variedad de lenguajes de programación entre los cuales se encuentra Scrath. Todo lo que debes hacer es seguir los pasos para instalar la extensión y podrás empezar la programación de los pines GPIO.

Python

Es uno de los lenguajes de programación más usados actualmente, es un lenguaje interpretado de tipo dinámico que permite programar una muy amplia variedad de propósitos para los puertos GPIO. Python es uno de los lenguajes de programación incluidos en el sistema operativo Raspberry Pi OS, por lo que la mayoría de las veces será necesario tenerlo instalado para poder iniciar nuestro proyecto con GPIO.

C/C++/C#

Cada uno de estos lenguajes de programación es una variante mejorada del anterior y destinada a un propósito ligeramente diferente:

• C en un lenguaje tipificado de nivel medio que permite crear softwares y aplicaciones de nivel bajo/medio.
• C++ fue creado como una extensión para potenciar las capacidades del lenguaje C, volviéndolo un lenguaje híbrido, ya que está orientado tanto a la creación de software como a la manipulación de objetos.
• C# (pronunciado “C Sharp”) es un lenguaje estandarizado que deriva de la sintaxis de C/C++ y está orientado al desarrollo de software sobre la API .NET, así como al manejo de objetos.

Aunque estos tres lenguajes son derivados y tienen funciones ligeramente diferentes entre sí, todos son utilizables para la programación de los puertos GPIO de la Raspberry Pi. Dominar los tres lenguajes, te permitirá ampliar sus funciones de formas prácticamente ilimitadas.

Processing3

Es un lenguaje de programación y desarrollo basado en java y orientado al desarrollo de proyectos audiovisuales y multimedia, de modo que es una gran opción para artistas digitales con conocimientos relativamente limitados de programación. Así dan rienda suelta a su creatividad mediante el uso de add-ons programables mediante los pines GPIO.

Lista de los mejores proyectos que puedes realizar tú mismo con los pines de tu Raspberry Pi.

Cuando tienes los conocimientos básicos de programación y conoces las limitaciones de tu Raspberry Pi, puedes llegar a hacer los siguientes proyectos:

Alarma LED con Raspberry Pi

Consiste en una luz LED acoplada a los pines GPIO de la Raspberry Pi que se sincroniza con Google Calendar y emite notificaciones luminosas que funcionan como recordatorio para eventos agendados. Con los pines GPIO de la Raspberry Pi y un Unicorn HAT programado y adaptado con Python, puedes hacer una alarma que se sincroniza con toda tu agenda virtual y evita que vuelvas a llegar tarde a alguna reunión.

Controlador para motor

La Placa Raspberry Pi funciona como la placa base perfecta para la instalación de un motor de corriente directa que servirá para tus proyectos de electrónica y robótica. Con unos pocos componentes externos y un código Python, puedes acoplar un motor DC a los pines GPIO de tu Raspberry Pi y utilizarla como fuente de alimentación. Este proyecto es particularmente útil para comprender el funcionamiento eléctrico de los puertos GPIO, dato muy útil para cualquier proyecto que requiera utilizar un módulo Raspberry Pi como placa de conexiones.

Sensor de movimiento para luz LED

Para este proyecto, utilizaremos un sensor de movimiento de infrarrojo pasivo (PIR por sus siglas en inglés). Este aditamento se acopla a los pines GPIO de la Raspberry Pi, y proporciona un sensible detector que percibe el calor del cuerpo humano en un rango de seis o siete metros. Uno de los compañeros más comunes del sensor PIR es una luz LED, que se adjunta también a los GPIO y nos permite crear una alarma LED de detección de movimiento.