基于 BeagleBone Black 的WEB LED控制

硬件平台介绍

BeagleBone Black 是一款广受欢迎的开源单板计算机 (SBC)，以其强大的性能、灵活的 GPIO 和丰富的接口，广泛用于嵌入式开发、物联网 (IoT) 项目、机器人控制等场景。它由 BeagleBoard.org 基金会开发，专注于低功耗、开源生态和扩展性，适合从初学者到专业开发者。

处理器

• 型号: 德州仪器 (TI) AM3358 ARM Cortex-A8。
• 主频: 高达 1 GHz。
• 特色组件:
• • 3D 图形处理单元 (GPU): 支持简单的图形显示应用。
  • 两个可编程实时单元 (PRU):
  • • 用于实时任务，例如 PWM 信号生成、编码器读数和工业协议实现。
    • 支持纳秒级精度，适合高要求的控制任务。

内存与存储

• RAM: 512 MB DDR3。
• 内置存储: 4 GB eMMC 闪存，预装 Linux Debian 操作系统。
• 扩展存储: 通过 microSD 卡插槽扩展，支持系统引导和数据存储。

接口与外设

• 网络连接:
• • 10/100 Mbps 以太网接口，支持稳定的有线网络连接。
• 视频输出:
• • HDMI 接口: 支持 1280x720 分辨率的视频输出。
• USB:
• • 1 个 USB Host 接口: 可连接外设，如键盘、鼠标、Wi-Fi 模块等。
  • 1 个 Micro-USB 接口: 用于供电或数据通信。
• GPIO 引脚:
• • 2×46 引脚的扩展接头，总计 92 个引脚，包含多种功能：
  • • 数字 GPIO：控制外部设备。
    • UART: 支持多个串口通信。
    • SPI、I2C、CAN 总线: 与传感器、执行器等模块通信。
    • PWM: 控制伺服电机、LED 调光等。
    • ADC: 7 通道，12 位分辨率，用于模拟信号输入（例如传感器）。

设计说明

作业题目：

• 在系统中建立一个网页，并且与 LED 联动，使用网线连接到设备上时，可以从网页中控制 LED 的开关与闪烁

设计思路

• 此板卡板载4个LED灯，一个以太网接口。
• 后端的 LED 控制可以使用 Adafruit-BBIO 库来驱动。
• 前端 可以使用 Flask web框架来简单时间。

详细设计说明

后端设计

导入库

import Adafruit_BBIO.GPIO as GPIO
from flask import Flask, render_template, redirect, url_for
import time
import threading

• Adafruit_BBIO.GPIO：该库用于访问 BeagleBone 等开发板的 GPIO 引脚，可以用于控制 LED、按钮等硬件设备。
• Flask：Flask 是一个轻量级的 Web 框架，用于创建 Web 应用。
• time：用于控制时间延迟，例如控制 LED 闪烁的频率。
• threading：用于创建并管理多线程，实现后台跑马灯效果的控制。

设置 LED 引脚

python
复制代码LED_PINS = ["USR%d" % i for i in range(4)]
for led in LED_PINS:
    GPIO.setup(led, GPIO.OUT)

• LED_PINS = ["USR%d" % i for i in range(4)]：这行代码创建了一个包含 4 个 LED 引脚名称的列表 LED_PINS。这些引脚是 BeagleBone 上默认的 USR1 到 USR4 LED 引脚。
• GPIO.setup(led, GPIO.OUT)：设置每个 LED 引脚为输出模式，允许程序控制它们的状态（开 / 关）。

Flask 应用初始化

python
复制代码app = Flask(__name__)

• app = Flask(__name__)：初始化 Flask 应用对象，这是创建和运行 Flask 应用所需的标准步骤。__name__ 参数表示当前脚本的名字。

控制 LED 状态的函数

python
复制代码def set_led_state(led, state):
    """设置指定 LED 的状态"""
    GPIO.output(led, GPIO.HIGH if state == 'on' else GPIO.LOW)

• set_led_state(led, state)：这个函数根据传入的状态（'on' 或 'off'）控制指定的 LED 引脚。
• • GPIO.output(led, GPIO.HIGH)：如果状态是 'on'，则将 LED 引脚设置为高电平（点亮 LED）。
  • GPIO.output(led, GPIO.LOW)：如果状态是 'off'，则将 LED 引脚设置为低电平（熄灭 LED）。

读取所有 LED 状态

python
复制代码def read_led_state():
    """读取所有 LED 的状态"""
    return [GPIO.input(led) for led in LED_PINS]

• read_led_state()：此函数返回所有 LED 的当前状态（开或关）。它通过调用 GPIO.input(led) 来获取每个 LED 引脚的当前电平（高或低），并返回一个包含所有 LED 状态的列表。

跑马灯线程函数

def run_chase():
    """实现跑马灯效果"""
    global running
    while running:
        for led in LED_PINS:
            set_led_state(led, 'on')
            time.sleep(0.1)
            set_led_state(led, 'off')
        time.sleep(0.1)

• run_chase()：这是跑马灯效果的实现函数。它会按顺序逐个点亮并熄灭所有 LED，创建一个跑马灯的效果。time.sleep(0.1) 用于控制每个 LED 的闪烁时间间隔（0.1 秒）。
• global running：使用 global 关键字访问并修改全局变量 running，该变量控制跑马灯效果的运行状态。
• while running：当 running 为 True 时，跑马灯效果持续运行。否则，退出循环停止跑马灯效果。

主页路由

@app.route('/')
def index():
    """主页路由，显示 LED 状态和跑马灯状态"""
    led_states = read_led_state()  # 读取当前 LED 状态
    return render_template('index.html', led_states=led_states, running=running)

• @app.route('/')：这个装饰器定义了主页路由（根路径），即访问 http://localhost:5000/ 时触发 index() 函数。
• read_led_state()：调用之前定义的函数来获取所有 LED 的当前状态。
• render_template('index.html', ...)：将 LED 状态和跑马灯状态传递给 index.html 模板，以便在网页上显示。

单独控制 LED 开关

@app.route('/led/<int:led_id>/<state>')
def control_led(led_id, state):
    """控制单个 LED 开关"""
    if 0 <= led_id < len(LED_PINS) and state in ['on', 'off']:
        set_led_state(LED_PINS[led_id], state)
    return redirect(url_for('index'))

• @app.route('/led/<int:led_id>/<state>')：这个路由定义了用户可以通过 URL 控制单个 LED 的开关。例如，访问 http://localhost:5000/led/0/on 会点亮第一个 LED。
• led_id 和 state 是 URL 参数，led_id 指定要控制的 LED 引脚（通过索引），state 指定 LED 的状态（'on' 或 'off'）。
• set_led_state(LED_PINS[led_id], state)：调用之前定义的函数控制指定 LED 引脚的状态。
• redirect(url_for('index'))：控制完成后，重定向回主页，刷新页面以显示新的 LED 状态。

切换跑马灯状态

@app.route('/toggle_chase')
def toggle_chase():
    """切换跑马灯状态"""
    global running
    if running:
        running = False  # 停止跑马灯
    else:
        running = True  # 启动跑马灯
        chase_thread = threading.Thread(target=run_chase)
        chase_thread.daemon = True
        chase_thread.start()
    return redirect(url_for('index'))

• @app.route('/toggle_chase')：定义了一个路由，用于启用或停止跑马灯效果。
• global running：检查全局变量 running 的状态并切换它。
• threading.Thread(target=run_chase)：当启动跑马灯时，创建一个新的线程来执行 run_chase 函数，这样跑马灯效果就可以在后台运行，而不会阻塞主线程。
• chase_thread.daemon = True：将线程设置为守护线程，确保在主程序退出时，后台线程也会自动停止。
• chase_thread.start()：启动新的线程开始跑马灯效果。

运行 Flask 应用

if __name__ == '__main__':
    try:
        app.run(host='0.0.0.0', port=5000, debug=True)
    except KeyboardInterrupt:
        print("Exiting gracefully...")
    finally:
        GPIO.cleanup()  # 确保清理 GPIO 状态

• if __name__ == '__main__'：确保仅在直接运行该脚本时启动 Flask 应用，而不是在被导入时启动。
• app.run(host='0.0.0.0', port=5000, debug=True)：启动 Flask 应用，监听所有网络接口的 5000 端口，debug=True 启用调试模式。
• try-except：捕捉键盘中断信号（Ctrl+C），确保退出时打印消息并清理 GPIO 状态。
• GPIO.cleanup()：在程序退出时调用，确保清理 GPIO 设置，防止后续脚本出错。

总结

出现 Temporary failure resolving*** 的错误

• 在 sudo apt update 的过程中，出现报错。
• 网上找到问题发现是DNS的问题

cat /etc/resolv.conf 

• 添加DNS地址

​sudo nano /etc/resolv.conf 
# 写入这些
nameserver 8.8.8.8
nameserver 8.8.4.4

• 再更新，就可以执行了。

前端知识学习

对前端框架和HTML语言有了一定的了解。