树莓派3B+多GPIO输入输出扩展：Python脚本优化问询

需求说明 #

希望在Raspberry Pi 3B+上运行Python脚本，监控多个GPIO引脚的外部按键按下事件。当按键按下（短路至0伏）时，触发对应GPIO引脚控制Sainsmart继电器板瞬时动作，并发送告警邮件。目前已实现单输入单输出的功能，需要扩展多组GPIO输入输出，避免运行多个独立脚本。

优化后的多通道实现代码 #

import RPi.GPIO as GPIO
import time
import smtplib
from email.mime.text import MIMEText

# 配置参数：输入GPIO -> 对应输出GPIO、告警描述
GPIO_CONFIG = {
    17: {"output_pin": 2, "alert_msg": "按键1（GPIO17）被按下，继电器（GPIO2）触发"},
    27: {"output_pin": 3, "alert_msg": "按键2（GPIO27）被按下，继电器（GPIO3）触发"},
    22: {"output_pin": 4, "alert_msg": "按键3（GPIO22）被按下，继电器（GPIO4）触发"}
}

# 邮件配置
EMAIL_SETTINGS = {
    "smtp_server": "server.com",
    "smtp_port": 587,
    "sender": "user@server.com",
    "password": "passwordhere",
    "recipients": ["recip1@domain1.com", "recip2@domain2.com"]
}

def send_alert_email(subject, content):
    """封装告警邮件发送函数"""
    msg = MIMEText(content, "plain", "utf-8")
    msg["Subject"] = "GPIO告警通知"
    msg["From"] = EMAIL_SETTINGS["sender"]
    msg["To"] = ", ".join(EMAIL_SETTINGS["recipients"])
    
    try:
        smtp = smtplib.SMTP(EMAIL_SETTINGS["smtp_server"], EMAIL_SETTINGS["smtp_port"])
        smtp.ehlo()
        smtp.starttls()
        smtp.login(EMAIL_SETTINGS["sender"], EMAIL_SETTINGS["password"])
        smtp.sendmail(EMAIL_SETTINGS["sender"], EMAIL_SETTINGS["recipients"], msg.as_string())
        smtp.quit()
        print("告警邮件发送成功")
    except Exception as e:
        print(f"邮件发送失败: {str(e)}")

def init_gpio():
    """初始化所有GPIO引脚"""
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setwarnings(False)
    
    # 配置输入引脚（上拉电阻）
    for input_pin in GPIO_CONFIG.keys():
        GPIO.setup(input_pin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
    
    # 配置输出引脚，初始高电平（继电器默认断开）
    for config in GPIO_CONFIG.values():
        output_pin = config["output_pin"]
        GPIO.setup(output_pin, GPIO.OUT)
        GPIO.output(output_pin, GPIO.HIGH)

def main():
    init_gpio()
    # 记录按键上次触发时间，用于防抖
    last_trigger_time = {pin: 0 for pin in GPIO_CONFIG.keys()}
    DEBOUNCE_DELAY = 2  # 防抖延迟，单位秒
    
    try:
        while True:
            current_time = time.time()
            for input_pin, config in GPIO_CONFIG.items():
                input_state = GPIO.input(input_pin)
                # 按键按下（低电平），且超过防抖延迟
                if input_state == False and (current_time - last_trigger_time[input_pin]) > DEBOUNCE_DELAY:
                    output_pin = config["output_pin"]
                    alert_msg = config["alert_msg"]
                    
                    print(alert_msg)
                    # 触发继电器瞬时动作
                    GPIO.output(output_pin, GPIO.LOW)
                    print(f"继电器GPIO{output_pin}触发")
                    time.sleep(1.0)
                    GPIO.output(output_pin, GPIO.HIGH)
                    time.sleep(0.5)
                    
                    # 发送告警邮件
                    send_alert_email("GPIO按键触发", alert_msg)
                    
                    # 更新最后触发时间
                    last_trigger_time[input_pin] = current_time
                    
            time.sleep(0.1)  # 降低循环频率，减少CPU占用
    except KeyboardInterrupt:
        print("程序终止，清理GPIO资源")
        GPIO.cleanup()

if __name__ == "__main__":
    main()

关键修改说明 #

• 配置化管理GPIO映射：用GPIO_CONFIG字典统一管理输入引脚、对应输出引脚和告警信息，新增通道只需在字典中添加条目，无需修改核心逻辑。
• 封装邮件发送函数：将邮件发送逻辑封装为send_alert_email，避免重复代码，同时优化邮件格式（使用MIMEText支持中文和主题）。
• 按键防抖处理：通过记录每次触发的时间，设置DEBOUNCE_DELAY避免按键抖动导致的重复触发。
• 结构化代码：将GPIO初始化、主循环、邮件发送拆分为独立函数，代码更易读和维护。
• 异常处理：捕获KeyboardInterrupt（Ctrl+C），确保程序终止时正确清理GPIO资源。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Brian Schultz