张高兴的 .NET IoT 入门指南:(一)环境配置、Blink、部署

写在前面

距离 .NET Core 1.0 发布已经过去 6 年的时间,这段时间里 .NET 也逐渐发展,构建起 WEB 应用、桌面应用、移动 APP 以及游戏一个跨平台的开发环境。对硬件操作的 IoT 应用也是其中的一个重要组成,System.Device.Gpio NuGet 包的出现使 .NET 程序员参与硬件开发成为可能。在此之前更多的是使用 Mono 去进行跨平台开发,现在有了更简单的、社区更加活跃的新的解决方案。我在向 .NET IoT 提交了很多代码后萌生了写一套入门硬件开发博客的想法,对硬件进行编程是一件很酷的事情,通过传感器的角度去重新感知这个世界,感知这个世界的光与热、声音、位置等等一系列要素。

《张高兴的 .NET IoT 入门指南》包括了探索硬件所需要的大部分基础知识,并不要求具有硬件的编程经验,但需要熟悉 .NET 与 C#。本系列博客的目的在于帮助 .NET 程序员快速的熟悉硬件开发,或许你的脑海中有一个伟大的想法,但是没有相关的硬件知识去实现它,本系列博客的每一章都配有一个小例子,帮助你学习编写相关代码所需要的知识。你不需要阅读每一篇博客,博客的内容是按照特定的功能进行划分的,随用随查即可。《张高兴的 .NET IoT 入门指南》中所介绍的内容都是最新的技术,其中 .NET 版本只要大于 2.1 即可。本系列博客一共包含七篇文章,具体的目录如下:

  1. 环境配置、Blink、部署
  2. GPIO 的使用
  3. 使用 I2C 进行通信
  4. 使用 SPI 进行通信
  5. PWM 信号输出
  6. 串口通信入门
  7. 制作一个气象站

本人并非硬件相关专业出身,《张高兴的 .NET IoT 入门指南》这一系列博客只是将我知道的东西写出来罢了,我对这些内容的评价是够用,希望能够帮助你快速掌握硬件开发的基础,之后根据遇到的问题再学习其他的内容。当然欢迎批评与指正,有任何的问题都可以通过邮件或者评论的方式与我交流。

张高兴
2022年2月16日


如何在 Raspberry Pi 的 Raspbian 上构建使用 GPIO 引脚的 IoT 程序?你可能会回答使用 C++ 或 Python 去访问 Raspberry Pi 的引脚。现在,C# 程序员可以使用 .NET 在 Linux 上构建 IoT 应用程序。只需要引入 System.Device.Gpio NuGet 包即可。

💡 提示

因为 .NET Core JIT 依赖于 ARMv7 指令集,因此处理器架构新于 ARMv7 的 Linux 开发板都可以使用此包进行硬件操作。当然,一些特殊的硬件操作除外,比如对 GPIO 引脚进行上拉,这需要对处理器的寄存器进行访问,而 System.Device.Gpio 对不支持的硬件仅实现了通用操作。

若要继续阅读下面的内容,你需要准备:

  1. 安装有 Linux 的 Raspberry Pi 2B/3B/3A+/3B+
  2. Visual Studio 2019 及以上
  3. 用于构建程序的 .NET SDK (版本大于 2.1)

环境配置

  1. 首先获取 Raspberry Pi 的硬件接口的访问权限:

💡 提示

远程访问 Raspbian 可以使用 putty 通过 SSH 进行访问,也可以使用 apt 安装 xrdp ,通过 Windows 远程桌面进行访问。对于没有桌面环境的 Raspbian Lite,可以通过执行 sudo raspi-config 进行配置。

  1. 使用二进制文件安装 .NET 运行时:

    1. 下载
      wget https://download.visualstudio.microsoft.com/download/pr/8c34904d-88e8-4dc1-af91-fc1e5cb64a25/6ae9f205eb54fdd03e12e04daa43c015/dotnet-runtime-6.0.2-linux-arm.tar.gz
      
    2. 解压
      mkdir ~/dotnet && tar -xvf dotnet-runtime-6.0.2-linux-arm.tar.gz -C ~/dotnet
      
    3. 创建链接
      sudo ln -s ~/dotnet/dotnet /usr/bin/dotnet
      

熟悉 Arduino 的朋友都知道,Blink 是默认烧写进 Arduino 的初始程序,控制板载连接 13 号引脚的 LED 闪烁,是一种类似于“Hello World”的存在。这里我们将 LED 小灯连接至 Raspberry Pi 的 GPIO 17 引脚。

硬件需求

名称 数量
LED 小灯 x1
220 Ω 电阻 x1
杜邦线 若干
  • LED 正极 - GPIO 17 (Pin 11)
  • LED 负极 - GND

电路

使用 Docker 运行示例

示例地址:https://github.com/ZhangGaoxing/dotnet-core-iot-demo/tree/master/src/Blink

docker build -t iot-blink -f Dockerfile .
docker run --rm -it --device /dev/gpiomem iot-blink

代码

  1. 打开 Visual Studio ,新建一个 .NET Core 控制台应用程序,项目名称为“Blink”。

  2. 打开 “工具”——“NuGet包管理器”——“程序包管理器控制台”,运行如下命令,以获取程序包。

    PM> Install-Package System.Device.Gpio
    
  3. 在 Program.cs 中,替换如下代码:

    using System;
    using System.Device.Gpio;
    using System.Threading;
    
    namespace Blink
    {
        class Program
        {
            static void Main(string[] args)
            {
                // 定义引脚
                int pinNumber = 17;
                // 定义延迟时间
                int delayTime = 1000;
    
                // 获取 GPIO 控制器
                using (GpioController controller = new GpioController(PinNumberingScheme.Logical))
                {
                    // 打开引脚 17
                    controller.OpenPin(pinNumber, PinMode.Output);
    
                    // 循环
                    while (true)
                    {
                        Console.WriteLine($"Light for {delayTime}ms");
                        // 打开 LED
                        controller.Write(pinNumber, PinValue.High);
                        // 等待 1s
                        Thread.Sleep(delayTime);
    
                        Console.WriteLine($"Dim for {delayTime}ms");
                        // 关闭 LED
                        controller.Write(pinNumber, PinValue.Low);
                        // 等待 1s
                        Thread.Sleep(delayTime);
                    }
                }
            }
        }
    }
    

部署

  1. 在“程序包管理器控制台”运行发布命令:

    dotnet publish -c release -r linux-arm
    

💡 提示

默认的发布路径是在 “\Blink\bin\Release\netcoreappXXX\win10-arm\publish”。你也可以使用 -o 来指定发布路径,如:-o D:\BlinkPublish ,这将会发布在 D 盘的 BlinkPublish 文件夹下。

  1. 使用 FTP 工具将生成的发布文件夹复制到 Raspberry Pi 上,这里使用的是 WinSCP 。

💡 提示

Raspbian 使用 FTP 服务,请使用 apt 安装 vsftpd 。

  1. 更改程序权限。使用 cd 命令切换到发布的文件夹,运行:

    chmod 755 ./Blink
    

    或使用 FTP 工具进行变更

  2. 执行 ./Blink 运行程序,此时 LED 小灯应该一闪一闪的了。

供参考

  1. dotnet/iot Documentation:https://github.com/dotnet/iot/blob/master/Documentation/README.md
  2. .NET Core on Raspberry Pi:https://github.com/dotnet/core/blob/master/samples/RaspberryPiInstructions.md
posted @ 2019-01-23 21:41  张高兴  阅读(6514)  评论(14编辑  收藏  举报