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2.4 Neigungsschalter

Einführung

In diesem Projekt lernen wir das Neigungsschalter-Modul kennen. Dabei handelt es sich um einen Kugel-Neigungsschalter, der eine kleine Metallkugel im Inneren enthält. Dieser Schalter ist dafür ausgelegt, leichte Neigungen zu erkennen und kann in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, z. B. zur Bewegungserkennung, Winkelmessung oder Überwachung der Balance.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen Sie die folgenden Komponenten:

KOMPONENTENBESCHREIBUNG	KAUFLINK
Steckbrett	BUY
Jumper-Kabel	BUY
Widerstand	BUY
LED	BUY
Kippschalter	-
Fusion HAT+	-
Raspberry Pi	-

Schaltplan

Die folgenden Diagramme zeigen, wie der Neigungsschalter angeschlossen wird:

Verdrahtungsdiagramm

Folgen Sie diesen Schritten, um die Schaltung aufzubauen:

Verbinden Sie den Neigungsschalter mit GPIO-Pin 17 des Raspberry Pi.
Verbinden Sie die grüne LED über einen Widerstand mit GPIO-Pin 27.
Verbinden Sie die rote LED über einen Widerstand mit GPIO-Pin 22.
Schließen Sie die Kathoden beider LEDs an GND an.

Beispiel ausführen

Der gesamte Beispielcode, der in diesem Tutorial verwendet wird, befindet sich im Verzeichnis ai-lab-kit. Folgen Sie diesen Schritten, um das Beispiel auszuführen:

cd ~/ai-lab-kit/python/
sudo python3 2.4_Tilt.py

Dieses Python-Skript verwendet einen Neigungssensor, um zwei LEDs zu steuern und Statusmeldungen in der Konsole anzuzeigen. Beim Ausführen passiert Folgendes:

Wenn der Neigungssensor (verbunden mit GPIO-Pin 17) eine Neigung erkennt:
- Es wird eine Meldung in der Konsole ausgegeben.
- Die rote LED (verbunden mit GPIO-Pin 22) wird eingeschaltet.
- Die grüne LED (verbunden mit GPIO-Pin 27) wird ausgeschaltet.
Wenn der Neigungssensor aufrecht bleibt (in seiner normalen vertikalen Position):
- Die rote LED wird ausgeschaltet.
- Die grüne LED wird eingeschaltet.
Das Programm überwacht kontinuierlich den Zustand des Neigungssensors und passt den Zustand der LEDs entsprechend an.
Das Skript läuft unbegrenzt weiter, bis es durch Drücken von Ctrl+C beendet wird.

Code

Unten sehen Sie das Python-Skript zur Steuerung des Neigungsschalters und der LEDs:

#!/usr/bin/env python3
from fusion_hat.pin import Pin, Mode, Pull
from signal import pause  # Import pause function from signal module

TiltPin = Pin(17, mode=Mode.IN, pull=Pull.DOWN)  # Tilt sensor connected to GPIO pin 17
green_led = Pin(27,mode=Mode.OUT)  # Green LED connected to GPIO pin 27
red_led = Pin(22,mode=Mode.OUT)   # Red LED connected to GPIO pin 22

def detect():
   """
   Detect the tilt sensor state and control the LEDs.
   Turns on the red LED and turns off the green LED when tilted.
   Turns off the red LED and turns on the green LED when not tilted.
   """
   if TiltPin.value() == 0:  # Check if the sensor is tilted
      print('    *************')
      print('    *   Tilt!   *')
      print('    *************')
      red_led.high()   # Turn on red LED
      green_led.low()  # Turn off green LED
   else:  # If the sensor is not tilted
      red_led.low()  # Turn off red LED
      green_led.high()  # Turn on green LED

try:
   # Set up a callback to detect changes in the tilt sensor state
   TiltPin.when_activated = detect
   TiltPin.when_deactivated = detect
   pause()

except KeyboardInterrupt:
   # Handle KeyboardInterrupt (Ctrl+C) to exit the loop gracefully
   pass

Code verstehen

Importe

Das Skript importiert die notwendigen Klassen zur Steuerung von LEDs und Eingängen und initialisiert sie mit den entsprechenden GPIO-Pins.
```
from fusion_hat.pin import Pin, Mode, Pull
from signal import pause  # Importiert die Funktion pause aus dem signal-Modul
```

Initialisierung

Konfigurieren Sie den Neigungsschalter sowie die LEDs, die mit den GPIO-Pins 17, 27 und 22 verbunden sind.

TiltPin = Pin(17, mode=Mode.IN, pull=Pull.DOWN)  # Neigungssensor an GPIO-Pin 17
green_led = Pin(27,mode=Mode.OUT)  # Grüne LED an GPIO-Pin 27
red_led = Pin(22,mode=Mode.OUT)   # Rote LED an GPIO-Pin 22

Detect-Funktion

Die Funktion detect überprüft den Zustand des Neigungsschalters und aktualisiert entsprechend die LEDs. Wenn der Schalter geneigt ist, leuchtet die rote LED und die grüne LED wird ausgeschaltet.

def detect():
   if TiltPin.value() == 0:  # Prüfen, ob der Sensor geneigt ist
      print('    *************')
      print('    *   Tilt!   *')
      print('    *************')
      red_led.high()   # Rote LED einschalten
      green_led.low()  # Grüne LED ausschalten
   else:  # Wenn der Sensor nicht geneigt ist
      red_led.low()  # Rote LED ausschalten
      green_led.high()  # Grüne LED einschalten

Hauptschleife

Die Funktion detect wird den Ereignissen when_pressed und when_released des Neigungssensors zugewiesen. Das Programm läuft weiter, bis es unterbrochen wird.

try:
   # Callback-Funktion zur Erkennung von Änderungen des Sensors
   TiltPin.when_activated = detect
   TiltPin.when_deactivated = detect
   pause()

except KeyboardInterrupt:
   # KeyboardInterrupt (Ctrl+C) abfangen und das Programm sauber beenden
   pass

Fehlerbehebung

Skript reagiert nicht auf Neigung
- Ursache: Die Ereignis-Listener (when_activated und when_deactivated) funktionieren möglicherweise nicht korrekt.
- Lösung: Prüfen Sie, ob detect() korrekt mit den Ereignissen when_activated und when_deactivated verbunden ist.

LEDs flackern

Ursache: Sensorsignalrauschen oder Entprellprobleme.
Lösung: Fügen Sie eine kurze Verzögerung hinzu, um das Signal zu stabilisieren:

from time import sleep
def detect():
      sleep(0.05)  # Entprell-Verzögerung
      if TiltPin.value() == 0:
         red_led.on()
         green_led.off()
      else:
         red_led.off()
         green_led.on()

Erweiterungsideen

Akustisches Feedback

Fügen Sie einen Buzzer hinzu, der ein akustisches Signal ausgibt, wenn der Neigungssensor ausgelöst wird:

from fusion_hat import Buzzer,Pin
buzzer = Buzzer(Pin(4))
if TiltPin.value() == 0:
   buzzer.on()
else:
   buzzer.off()

Zeitbasierte Warnungen

Lösen Sie eine Warnung aus, wenn der Sensor für eine bestimmte Zeit geneigt bleibt:

from threading import Timer
def alert():
   print("Tilt detected for too long!")
   red_led.on()
   sleep(0.5)
   red_led.off()

if TiltPin.value() == 0:
   Timer(5, alert).start()  # Warnung auslösen, wenn 5 Sekunden geneigt

Fazit

Dieses Projekt zeigt, wie ein Neigungsschalter mit dem Fusion HAT+ verwendet werden kann, um Neigungen zu erkennen und LEDs zu steuern. Neigungsschalter sind eine kostengünstige Lösung für einfache Bewegungs- und Winkelerkennung und finden praktische Anwendungen in der Robotik und in Smart-Home-Systemen.