Visual Basic Raspberry Pi项目实战

Visual Basic与Raspberry Pi概述

Visual Basic语言特性

Visual Basic（VB）是一种由微软公司开发的、面向对象的编程语言。它具有简单易懂的语法结构，对于编程初学者以及快速开发项目而言十分友好。VB采用事件驱动的编程模型，这意味着程序的执行流程是由用户操作（如点击按钮、输入文本等）所触发的事件来驱动的。例如，当用户点击一个按钮时，会触发一个Click事件，开发人员可以在这个事件的处理程序中编写相应的代码来实现特定功能，比如执行计算、显示信息等。

VB还拥有丰富的类库和组件，通过这些预定义的类和组件，开发人员能够快速构建各种应用程序界面以及实现复杂的功能。比如，利用Microsoft Forms库可以轻松创建美观且易于交互的用户界面；通过ADO（ActiveX Data Objects）组件能够方便地与各种数据库进行交互，实现数据的读取、写入和管理等操作。

Raspberry Pi硬件特点

Raspberry Pi（树莓派）是一款小型的、基于Linux系统的单板计算机。它体积小巧，尺寸通常与信用卡相近，但其功能却十分强大。树莓派配备了多种接口，包括USB接口、HDMI接口、GPIO（通用输入输出）接口等。

USB接口可以连接各种外部设备，如键盘、鼠标、U盘等，方便用户进行输入输出操作以及数据存储。HDMI接口则能够将树莓派的显示输出连接到高清显示器或电视上，提供清晰的图形界面。而GPIO接口则是树莓派的一大特色，通过它可以连接各类外部电子设备，如传感器（温度传感器、光线传感器等）、执行器（电机、舵机等），从而实现与物理世界的交互，这为开发各种物联网和嵌入式项目提供了基础。

树莓派的操作系统基于Linux，常见的有Raspbian等。Linux系统的开源特性使得用户可以自由定制和优化系统，以满足不同项目的需求。同时，树莓派具备一定的计算能力，能够运行多种编程语言的开发环境，包括我们要重点介绍的Visual Basic。

搭建开发环境

在Raspberry Pi上安装Visual Basic开发环境

1. 安装 Mono：由于树莓派的原生系统是基于Linux的，而Visual Basic通常是在Windows环境下开发，所以我们需要借助Mono来在Linux上运行.NET应用程序。首先打开树莓派的终端，通过以下命令更新软件源列表：

sudo apt update

然后安装Mono，执行命令：

sudo apt install mono-complete

这个过程可能需要一些时间，取决于网络速度，安装完成后，Mono就为在树莓派上运行VB程序提供了必要的运行时环境。 2. 安装Visual Studio Code：Visual Studio Code（VS Code）是一款轻量级且功能强大的跨平台代码编辑器，非常适合在树莓派上进行开发。同样在终端中执行以下命令安装VS Code：

curl https://packages.microsoft.com/keys/microsoft.asc | gpg --dearmor > microsoft.gpg
sudo mv microsoft.gpg /etc/apt/trusted.gpg.d/microsoft.gpg
sudo sh -c 'echo "deb [arch=armhf] https://packages.microsoft.com/repos/vscode stable main" > /etc/apt/sources.list.d/vscode.list'
sudo apt update
sudo apt install code

安装完成后，可以在树莓派的应用菜单中找到VS Code并打开。 3. 安装VB.NET扩展：打开VS Code后，点击左侧的扩展图标，在搜索框中输入“VB.NET”，选择官方的“VB.NET for Visual Studio Code”扩展进行安装。安装完成后，VS Code就具备了对VB.NET代码的语法高亮、智能提示等功能，方便我们编写和调试VB程序。

测试开发环境

1. 创建VB项目：在VS Code中，点击“文件” -> “新建文件夹”，创建一个用于存放项目的文件夹，例如“VB_RPi_Test”。然后在该文件夹中，右键点击，选择“在集成终端中打开”。在终端中执行以下命令创建一个新的VB控制台项目：

dotnet new console -lang VB -o VB_RPi_Test

这将在“VB_RPi_Test”文件夹中创建一个基本的VB控制台项目结构。 2. 编写测试代码：在VS Code中打开“VB_RPi_Test”文件夹，找到“Program.vb”文件并打开。将文件中的代码替换为以下内容：

Module Program
    Sub Main()
        Console.WriteLine("Hello, Raspberry Pi from Visual Basic!")
        Console.ReadKey()
    End Sub

这段代码的功能是在控制台输出一条信息，并等待用户按下任意键。 3. 运行测试代码：在VS Code的终端中，确保当前目录是“VB_RPi_Test”，然后执行命令：

dotnet run

如果一切设置正确，你将在终端中看到输出“Hello, Raspberry Pi from Visual Basic!”，并且程序会等待你按下任意键后退出。这表明我们在树莓派上的Visual Basic开发环境已经搭建成功。

Visual Basic控制Raspberry Pi GPIO接口

GPIO接口基础原理

Raspberry Pi的GPIO接口是一组可以由软件控制的引脚，这些引脚可以设置为输入或输出模式。当设置为输入模式时，GPIO引脚可以读取外部设备的电平信号（高电平或低电平），例如连接一个按钮，通过读取GPIO引脚的电平变化来判断按钮是否被按下。当设置为输出模式时，GPIO引脚可以输出高电平或低电平信号，用于控制外部设备，比如点亮一个LED灯，高电平可以使LED亮起，低电平则使其熄灭。

树莓派的GPIO引脚编号有两种方式：物理引脚编号和BCM（Broadcom SOC Channel）编号。物理引脚编号是按照引脚在电路板上的位置进行编号，而BCM编号则是基于芯片内部的通道编号。在编写程序时，我们通常使用BCM编号，因为它在不同型号的树莓派上相对更稳定。

使用VB控制GPIO输出（点亮LED）

1. 连接硬件：首先准备一个LED灯和一个限流电阻（例如220欧姆）。将LED的正极（长引脚）通过限流电阻连接到树莓派的GPIO17（BCM编号）引脚，LED的负极（短引脚）连接到树莓派的GND（接地）引脚。
2. 编写VB代码：在之前创建的项目中，添加一个新的模块，命名为“GPIOModule.vb”。在该模块中编写以下代码：

Imports System.Device.Gpio

Module GPIOModule
    Private Const LedPin As Integer = 17
    Private WithEvents gpioController As GpioController

    Sub Main()
        gpioController = New GpioController()
        gpioController.OpenPin(LedPin, PinMode.Output)
        gpioController.Write(LedPin, PinValue.High)
        Console.WriteLine("LED is on.")
        Console.ReadKey()
        gpioController.Write(LedPin, PinValue.Low)
        Console.WriteLine("LED is off.")
        gpioController.ClosePin(LedPin)
        gpioController.Dispose()
    End Sub
End Module

在这段代码中，首先导入了System.Device.Gpio命名空间，该命名空间提供了与GPIO接口交互的类和方法。然后定义了一个常量LedPin表示LED连接的GPIO引脚编号为17。接着创建了一个GpioController对象来控制GPIO引脚。在Main方法中，打开指定的引脚并设置为输出模式，然后输出高电平点亮LED，等待用户按键后，输出低电平熄灭LED，最后关闭引脚并释放资源。 3. 运行代码：在VS Code的终端中，确保当前目录是项目根目录，执行命令dotnet run。你将看到LED亮起，按下任意键后LED熄灭。

使用VB读取GPIO输入（检测按钮按下）

1. 连接硬件：准备一个按钮，将按钮的一端连接到树莓派的GPIO27（BCM编号）引脚，另一端连接到GND引脚。同时，为了防止按钮按下时引脚电平抖动，我们可以在按钮两端并联一个10K欧姆的上拉电阻，电阻的另一端连接到3.3V电源引脚。
2. 编写VB代码：在“GPIOModule.vb”模块中添加以下代码：

Private Const ButtonPin As Integer = 27

Private Sub gpioController_PinValueChanged(sender As Object, e As PinValueChangedEventArgs) Handles gpioController.PinValueChanged
    If e.ChangeType = PinEventTypes.Rising Then
        Console.WriteLine("Button pressed!")
    End If
End Sub

Sub ReadButton()
    gpioController.OpenPin(ButtonPin, PinMode.InputPullUp)
    Console.WriteLine("Waiting for button press...")
    Console.ReadKey()
    gpioController.ClosePin(ButtonPin)
    gpioController.Dispose()
End Sub

在这段代码中，定义了一个常量ButtonPin表示按钮连接的GPIO引脚编号为27。然后创建了一个PinValueChanged事件处理程序，当引脚电平发生变化时会触发该事件。如果是上升沿变化（即按钮按下），则在控制台输出“Button pressed!”。ReadButton方法用于打开引脚并设置为输入上拉模式，等待用户按键后关闭引脚并释放资源。 3. 调用读取按钮方法：在Main方法中添加以下调用：

Sub Main()
    '之前点亮LED的代码...
    ReadButton()
End Sub

4. 运行代码：再次执行dotnet run，程序会等待按钮按下，当你按下按钮时，控制台会输出“Button pressed!”。

Visual Basic与传感器交互

温度传感器（DS18B20）原理

DS18B20是一款常用的数字温度传感器，它采用单总线通信协议，只需一根数据线即可与微控制器进行通信。DS18B20内部集成了温度传感器、A/D转换器、非易失性温度报警触发器等部件。它能够直接将温度值转换为数字信号输出，精度可达到0.5℃，测量范围通常为 - 55℃到 + 125℃。

DS18B20的工作流程如下：首先主机（如树莓派）需要发送复位脉冲，DS18B20接收到复位脉冲后会发送应答脉冲，表明设备存在且正常工作。然后主机发送ROM命令，用于选择特定的DS18B20设备（如果总线上有多个DS18B20）。接着发送功能命令，如启动温度转换命令。转换完成后，主机可以读取DS18B20输出的温度数据。

使用VB读取DS18B20温度数据

1. 连接硬件：将DS18B20的VCC引脚连接到树莓派的3.3V电源引脚，GND引脚连接到树莓派的GND引脚，DQ引脚连接到树莓派的GPIO4（BCM编号）引脚。同时，为了保证通信稳定，需要在DQ引脚和3.3V电源引脚之间连接一个4.7K欧姆的上拉电阻。
2. 配置树莓派系统：在树莓派的终端中执行以下命令，启用1 - wire接口：

sudo raspi - config

在打开的配置界面中，选择“Interfacing Options” -> “1 - wire”，然后选择“Enable”。重启树莓派使配置生效。 3. 编写VB代码：在项目中创建一个新的模块“TemperatureModule.vb”，编写以下代码：

Imports System.IO

Module TemperatureModule
    Private Const TemperatureDevicePath As String = "/sys/bus/w1/devices/28*/w1_slave"

    Function ReadTemperature() As Double
        Dim deviceFile As String = Directory.GetFiles(TemperatureDevicePath).FirstOrDefault()
        If String.IsNullOrEmpty(deviceFile) Then
            Throw New Exception("DS18B20 device not found.")
        End If

        Dim lines() As String = File.ReadAllLines(deviceFile)
        If lines(0).EndsWith("YES") Then
            Dim temperatureValue As String = lines(1).Split("=")(1)
            Return CDbl(temperatureValue) / 1000
        Else
            Throw New Exception("Temperature reading failed.")
        End If
    End Function
End Module

在这段代码中，首先定义了一个常量TemperatureDevicePath，表示DS18B20设备文件的路径。ReadTemperature方法用于读取温度数据，它首先查找DS18B20设备文件，如果找不到则抛出异常。然后读取设备文件的内容，判断是否读取成功，如果成功则提取温度值并转换为实际温度（单位：℃）返回。 4. 调用温度读取方法：在“GPIOModule.vb”的Main方法中添加以下调用：

Sub Main()
    '之前点亮LED和检测按钮的代码...
    Try
        Dim temperature As Double = TemperatureModule.ReadTemperature()
        Console.WriteLine($"Current temperature: {temperature} °C")
    Catch ex As Exception
        Console.WriteLine($"Error: {ex.Message}")
    End Try
End Sub

5. 运行代码：执行dotnet run，程序会在控制台上输出当前读取到的温度值，如果读取失败则输出错误信息。

光线传感器（光敏电阻）原理

光敏电阻是一种对光线敏感的电阻器，其阻值会随着光照强度的变化而变化。在黑暗环境中，光敏电阻的阻值较大，通常可达几十千欧甚至更高；而在光照充足的环境中，其阻值会迅速减小，可能只有几百欧。

我们通常将光敏电阻与一个固定电阻组成分压电路，连接到树莓派的ADC（模拟 - 数字转换器）输入引脚。树莓派本身没有内置ADC，需要借助外部ADC模块（如MCP3008）或者使用PWM（脉冲宽度调制）引脚通过软件方式模拟ADC功能。这里我们使用软件模拟ADC的方法。

使用VB读取光敏电阻光照强度

1. 连接硬件：将光敏电阻的一端连接到3.3V电源引脚，另一端连接到树莓派的GPIO18（BCM编号）引脚。同时，将一个10K欧姆的固定电阻一端连接到GPIO18引脚，另一端连接到GND引脚，形成分压电路。
2. 编写VB代码：在“GPIOModule.vb”模块中添加以下代码：

Private Const LightSensorPin As Integer = 18

Function ReadLightIntensity() As Integer
    Dim totalTicks As Integer = 1000
    Dim chargeTicks As Integer = 0
    gpioController.OpenPin(LightSensorPin, PinMode.Output)
    gpioController.Write(LightSensorPin, PinValue.Low)
    Threading.Thread.Sleep(1)
    gpioController.Write(LightSensorPin, PinValue.High)
    gpioController.SetPinMode(LightSensorPin, PinMode.Input)
    While gpioController.Read(LightSensorPin) = PinValue.Low
        chargeTicks += 1
        If chargeTicks >= totalTicks Then Exit While
    End While
    gpioController.ClosePin(LightSensorPin)
    Return chargeTicks
End Function

在这段代码中，定义了一个常量LightSensorPin表示光敏电阻连接的GPIO引脚编号为18。ReadLightIntensity方法通过软件模拟ADC的方式读取光照强度。它首先将引脚设置为输出并输出低电平，等待1毫秒，然后设置为输入并开始计数，直到引脚读取到高电平，计数值越大表示光照强度越弱。 3. 调用光照强度读取方法：在Main方法中添加以下调用：

Sub Main()
    '之前的代码...
    Dim lightIntensity As Integer = ReadLightIntensity()
    Console.WriteLine($"Light intensity: {lightIntensity}")
End Sub

4. 运行代码：执行dotnet run，程序会在控制台上输出当前读取到的光照强度值，值越大表示环境越暗。

Visual Basic构建物联网应用

物联网基础概念

物联网（Internet of Things，IoT）是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。

在物联网系统中，通常包括感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器组成，负责采集物理世界的信息；网络层负责将感知层采集到的信息传输到云端或其他处理中心，通常使用Wi - Fi、蓝牙、ZigBee、4G/5G等通信技术；应用层则根据不同的需求对数据进行处理和展示，例如实现远程监控、智能控制等功能。

使用VB实现树莓派与云端通信（以ThingSpeak为例）

1. ThingSpeak平台介绍：ThingSpeak是一个物联网数据收集和分析平台，它允许用户通过HTTP或MQTT协议将数据发送到云端，并可以通过Web界面或API进行数据可视化和分析。我们可以在ThingSpeak上创建通道（Channel）来存储和管理不同类型的数据。
2. 创建ThingSpeak通道：访问ThingSpeak官网（https://thingspeak.com/）并注册账号。登录后，点击“New Channel”创建一个新的通道。在通道设置中，设置通道名称、描述等信息，并添加两个字段（Field1用于存储温度数据，Field2用于存储光照强度数据）。创建完成后，记录下通道的API密钥（Write API Key）。
3. 编写VB代码实现数据上传：在项目中添加一个新的模块“ThingSpeakModule.vb”，编写以下代码：

Imports System.Net
Imports System.Text

Module ThingSpeakModule
    Private Const ThingSpeakApiUrl As String = "https://api.thingspeak.com/update"
    Private Const WriteApiKey As String = "YOUR_WRITE_API_KEY"

    Sub SendDataToThingSpeak(temperature As Double, lightIntensity As Integer)
        Dim postData As String = String.Format("api_key={0}&field1={1}&field2={2}", WriteApiKey, temperature, lightIntensity)
        Dim data As Byte() = Encoding.UTF8.GetBytes(postData)

        Using client As WebClient = New WebClient()
            client.UploadData(ThingSpeakApiUrl, "POST", data)
        End Using
    End Sub
End Module

在这段代码中，定义了常量ThingSpeakApiUrl表示ThingSpeak的API更新地址，WriteApiKey为之前记录的通道写入API密钥。SendDataToThingSpeak方法将温度和光照强度数据通过HTTP POST请求发送到ThingSpeak平台。 4. 调用数据上传方法：在“GPIOModule.vb”的Main方法中添加以下调用：

Sub Main()
    '之前的代码...
    Try
        Dim temperature As Double = TemperatureModule.ReadTemperature()
        Dim lightIntensity As Integer = ReadLightIntensity()
        ThingSpeakModule.SendDataToThingSpeak(temperature, lightIntensity)
        Console.WriteLine("Data sent to ThingSpeak.")
    Catch ex As Exception
        Console.WriteLine($"Error: {ex.Message}")
    End Try
End Sub

5. 运行代码：执行dotnet run，程序会读取温度和光照强度数据并发送到ThingSpeak平台。你可以在ThingSpeak的通道页面上查看实时数据以及生成的图表。

构建远程控制应用

1. 需求分析：我们希望能够通过手机或电脑远程控制树莓派上连接的LED灯，同时实时查看温度和光照强度数据。
2. 使用Web服务器实现远程控制：在树莓派上安装并配置一个轻量级的Web服务器，如Nginx。然后使用VB编写一个Web应用程序，通过Nginx将其发布到网络上。
   • 安装Nginx：在树莓派终端中执行以下命令安装Nginx：

sudo apt install nginx

安装完成后，Nginx会自动启动，你可以在浏览器中输入树莓派的IP地址来访问默认的Nginx欢迎页面。 - 编写VB Web应用程序：在项目中创建一个新的ASP.NET Core Web应用程序。首先在终端中执行以下命令创建项目：

dotnet new web - lang VB - o RemoteControlApp

然后在“RemoteControlApp”项目中，修改“Controllers/HomeController.vb”文件如下：

Imports Microsoft.AspNetCore.Mvc

Namespace RemoteControlApp.Controllers
    Public Class HomeController
        Inherits Controller

        <HttpGet>
        Function Index() As IActionResult
            Return View()
        End Function

        <HttpPost>
        Function ControlLED(ByVal status As String) As IActionResult
            '根据status控制LED灯
            If status = "on" Then
                '点亮LED的代码
            Else
                '熄灭LED的代码
            End If
            Return Json(New With {.message = "LED control success."})
        End Function

        <HttpGet>
        Function GetSensorData() As IActionResult
            Dim temperature As Double = TemperatureModule.ReadTemperature()
            Dim lightIntensity As Integer = ReadLightIntensity()
            Return Json(New With {.temperature = temperature,.lightIntensity = lightIntensity})
        End Function
    End Class
End Namespace

在这段代码中，Index方法返回一个视图页面，用于显示远程控制界面。ControlLED方法根据接收到的status参数控制LED灯的状态。GetSensorData方法返回当前的温度和光照强度数据。 - 配置Nginx反向代理：编辑Nginx的配置文件，通常位于“/etc/nginx/sites - available/default”，添加以下反向代理配置：

location / {
    proxy_pass http://127.0.0.1:5000;
    proxy_set_header Host $host;
    proxy_set_header X - Real - IP $remote_addr;
    proxy_set_header X - Forwarded - For $proxy_add_x_forwarded_for;
    proxy_set_header X - Forwarded - Proto $scheme;
}

然后通过以下命令启用配置并重启Nginx：

sudo ln - s /etc/nginx/sites - available/default /etc/nginx/sites - enabled/
sudo systemctl restart nginx

- **运行Web应用程序**：在“RemoteControlApp”项目目录中，执行命令`dotnet run`启动Web应用程序。现在你可以通过在浏览器中输入树莓派的IP地址来访问远程控制界面，在界面上可以控制LED灯并查看实时传感器数据。

通过以上步骤，我们利用Visual Basic在Raspberry Pi上实现了从基础的GPIO控制到复杂的物联网应用开发，展示了Visual Basic在Raspberry Pi项目中的强大能力和广泛应用场景。