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树莓派添加温控风扇（二）

发表于 更新于
本文字数： 4.8k 阅读时长 ≈ 4 分钟

前言

上回说到，对于 arm64 的系统来说，目前并没有一个库可以支持对 GPIO 的调用。那么接下来摆在我面前的就三条路：
  1. 修改 setup.c，让 cpuinfo 中包含相应的 Hardware 信息，随后重新编译内核
  2. 修改 wiringPi 源码
  3. 放弃使用库

可行的方法

上面三个选项中，1 和 2 显然是极其不现实的，因此我决定采用第三条路。在之前那个issue中，我看到了这样一种用法：

At least as root GPIO works in bash on low level:
echo “23” > /sys/class/gpio/export
echo “out” > /sys/class/gpio/gpio23/direction
echo “1” > /sys/class/gpio/gpio23/value
…
and can be verified by LED.

根据网上的资料，/sys/class/gpio是 linux 通用的 GPIO 控制方法，看样子是好好地贯彻了 Unix“一切皆文件”的思想。那么接下来简单地测试一下：

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# root @ rasp in /sys/class/gpio [19:07:22]
$ echo 18>export

# root @ rasp in /sys/class/gpio [19:07:33]
$ ls
export  gpio18  gpiochip0  gpiochip100  gpiochip128  unexport

可以看到系统自动生成了相关的 GPIO 目录，进入之后可以看到相关的文件

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# root @ rasp in /sys/class/gpio/gpio18 [19:10:36]
$ ls
active_low  device  direction  edge  power  subsystem  uevent  value

相关的命名还是非常简单直观的，向direction中写入信息控制 GPIO 的输入输出方向，value则控制的是输出值，那么就拿我们先前选定的 18 号针脚来测试一下吧:

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# root @ rasp in /sys/class/gpio/gpio18 [19:11:31]
$ echo out>direction

# root @ rasp in /sys/class/gpio/gpio18 [19:14:50]
$ echo "1">value

接下来用万用表检测
万用表检测电压
3.28v，确实是 1，取消输出不知道为什么向value写入 0 并不管用，因此只有直接向unexport写入端口号:

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# root @ rasp in /sys/class/gpio [19:29:18]
$ echo 18>unexport

# root @ rasp in /sys/class/gpio [19:29:22]
$ ls
export  gpiochip0  gpiochip100  gpiochip128  unexport

可以看到相关的目录自动被移除了，电压也变成了 0

代码编写

实际上逻辑并不复杂，但是要考虑到程序退出之后风扇依旧会旋转，因此要做好信号的捕捉：

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#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <malloc.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>

using namespace std;

#define TEMP_PATH "/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp"
#define MAX_SIZE 20
#define GPIO_PIN 18

float getTemp();
bool status = false;
char *timenow;

char *getTime()
{
	free(timenow);
	timenow = (char *)calloc(40, sizeof(char));
	time_t rawtime;
	struct tm *timeinfo;
	time(&rawtime);
	timeinfo = localtime(&rawtime);
	*timenow = '[';
	strcat(timenow, asctime(timeinfo));
	timenow[strlen(timenow) - 1] = '\0';
	strcat(timenow, "] ");
	return timenow;
}
void setHigh(int gpio_num)
{
	string str1 = "echo ";
	string str2 = "> /sys/class/gpio";
	system((str1 + to_string(gpio_num) + str2 + "/export").c_str());
	system((str1 + "high" + str2 + "/gpio" + to_string(gpio_num) + "/direction").c_str());
	printf(" Fan started.\n");
}
void removeGPIO(int gpio_num)
{
	string str1 = "echo ";
	string str2 = "> /sys/class/gpio";
	system((str1 + to_string(gpio_num) + str2 + "/unexport").c_str());
	printf(" Fan stopped.\n");
}
void sigroutine(int sig)
{
	if (sig == SIGINT)
		printf("%sGet SIGINT, quiting...", getTime());
	else if (sig == SIGTERM)
		printf("%sGet SIGTERM, quiting...", getTime());
	if (status)
		removeGPIO(GPIO_PIN);
	exit(-1);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
	signal(SIGINT, sigroutine);
	signal(SIGTERM, sigroutine);
	if (argc != 1)
	{
		if (strcmp(argv[1], "stop") == 0)
		{
			removeGPIO(GPIO_PIN);
			return 0;
		}
	}
	float temp;
	while (true)
	{
		temp = getTemp();
		printf("%sTemperature is %.2f,", getTime(), temp);
		if (temp > 50 && status == false)
		{
			setHigh(GPIO_PIN);
			status = true;
		}
		else if (temp < 45 && status)
		{
			removeGPIO(GPIO_PIN);
			status = false;
		}
		else if (!status)
			printf(" nothing to do...\n");
		else if (status)
			printf(" keep fan working...\n");
		sleep(5);
	}
	return 0;
}

float getTemp(void)
{
	int fd;
	float temp = 0;
	char buf[MAX_SIZE];
	fd = open(TEMP_PATH, O_RDONLY);
	if (fd < 0)
	{
		fprintf(stderr, "failed to open thermal_zone0/temp\n");
		return -1;
	}
	if (read(fd, buf, MAX_SIZE) < 0)
	{
		fprintf(stderr, "failed to read temp\n");
		return -1;
	}
	temp = atoi(buf) / 1000.0;
	close(fd);
	return temp;
}

请原谅我极其不优雅不简洁的实现方式和混乱的代码风格，毕竟有太久没碰过了。但是我要说的还是那句话：

又不是不能用

再次碰壁

我按照上面的方法接入了风扇，随后 echo……嗯，看起来一切正常，也没有报错什么的，除了风扇*纹丝不动以外。
纹丝不动……
纹丝不动……
不动……
动……
……
Why？为什么会变成这样呢……第一次有了能调用 GPIO 的方法。有了能控制风扇开关的代码。两件快乐事情重合在一起。而这两份快乐，又给我带来更多的快乐。得到的，本该是像梦境一般幸福的时间……但是，为什么，会变成这样呢……

原因分析及解决方法

咳咳，请不要打我。其实仔细想想原因不难想到，GPIO 是一种数字电路，而数字电路的电阻通常大得惊人，电流则是 mA 级别的，所能做的也仅仅就是点亮 LED 而已，想要让它驱动风扇实在是强人所难。因此不可避免地，我们就需要对电流进行放大。目前手头只有 A42 A331 的三极管，β 值大约在 320 左右，勉强可以使用，就就地使用了。电路图大致如下（手残请忽略）：
电路图
基极连接 GPIO 并调至高电平之后，测得发射极和和集电极之间电压为 4.66v，带动风扇应该没问题
发射极和集电极间电压
接入风扇之后，风扇正常工作，至此，温控风扇连接完毕。

自启动

写了一个程序，当然要做成自启动服务了，得益于systemd，编写系统服务变得非常简单，在/etc/systemd/system目录下新建一个autofan.service文件，内容如下：

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[Unit]
Description=Temperature controled fan daemon

[Service]
Type=simple
PIDFile=/var/run/autofan.pid
User=root
ExecStart=/usr/bin/autoFan

[Install]
WantedBy=multi-user.target

随后运行systemctl daemon-reload重新加载服务，systemctl start autofan.service启动服务即可。

后文

虽然成功地实现了风扇的温度控制，但是文中的操控 GPIO 的方法实在太不优雅了，仅仅是个临时之策，无法大规模运用。当然，也不是没有将之封装成一个库的想法，但时目前并没有太多的需要以及动力，就先这样吧。又不是不能用

不要重复造轮子
——忘了谁说的了

では、諸君は。