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2.8 Potentiometer

Einführung

Die ADC-Funktion (Analog-Digital-Wandler) ist entscheidend, um analoge Signale in digitale Signale umzuwandeln. In diesem Experiment verwenden wir den Fusion HAT+, um diese Umwandlung mithilfe eines Potentiometers durchzuführen. Das Potentiometer verändert die Spannung – eine physikalische Größe – die anschließend vom ADC digitalisiert wird. Dieses Experiment zeigt außerdem, wie das Potentiometer zur Steuerung der Helligkeit einer LED verwendet werden kann.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt werden die folgenden Komponenten benötigt:

COMPONENT INTRODUCTION	PURCHASE LINK
Steckbrett	BUY
Jumper-Kabel	BUY
Widerstand	BUY
LED	BUY
Potentiometer	BUY
Fusion HAT+	-
Raspberry Pi	-

Schaltplan

Unten sind die Schaltpläne für dieses Projekt dargestellt:

Verdrahtungsdiagramm

Bauen Sie die Schaltung wie in der folgenden Abbildung gezeigt auf:

Beispiel ausführen

Der gesamte Beispielcode dieses Tutorials befindet sich im Verzeichnis ai-lab-kit. Führen Sie das Beispiel mit den folgenden Schritten aus:

cd ~/ai-lab-kit/python/
sudo python3 2.8_Potentiometer.py

Dieses Python-Skript verwendet den Fusion HAT+, um ein analoges Eingangssignal zu lesen und damit die Helligkeit einer PWM-LED zu steuern. Beim Ausführen passiert Folgendes:

Der Fusion HAT+ liest kontinuierlich ein analoges Signal und wandelt es in einen digitalen Wert zwischen 0 und 4095 um.
Dieser Wert wird auf einen Bereich zwischen 0 und 100 abgebildet, der den Helligkeitsprozentsatz der LED darstellt.
Die Helligkeit der PWM-LED wird dynamisch anhand dieses Wertes angepasst.
Der rohe ADC-Wert sowie die Spannung werden in Echtzeit im Terminal ausgegeben.
Das Programm läuft unbegrenzt weiter, bis es mit Ctrl+C beendet wird. Anschließend wird die LED ausgeschaltet.

Code

Unten befindet sich der Code für dieses Experiment:

#!/usr/bin/env python3

from fusion_hat.adc import ADC
from fusion_hat.pwm import PWM
import time

# Set up the potentiometer
pot = ADC(0)

# Initialize a PWM LED
led = PWM(0)

def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):

   return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

try:
   while True:
      # Get the current reading from the ADC port
      result = pot.read()
      voltage = pot.read_voltage()
      print('result = %d voltage = %.2f' %(result,voltage))

      # Map the ADC value to a range suitable for setting LED brightness
      value = MAP(result, 0, 4095, 0, 100)

      # Set the LED brightness
      led.pulse_width_percent(value)

      # Wait for 1 seconds before reading again
      time.sleep(0.2)

# Graceful exit when 'Ctrl+C' is pressed
except KeyboardInterrupt:
   led.pulse_width_percent(0)  # Turn off the LED

Code verstehen

Importe:
```
from fusion_hat.adc import ADC
from fusion_hat.pwm import PWM
import time
```
Das Skript verwendet fusion_hat zur Steuerung der PWM-LED und zur Analog-Digital-Umwandlung, während time für Zeitverzögerungen genutzt wird.

Initialisierung:

# Potentiometer einrichten
pot = ADC(0)

# PWM-LED initialisieren
led = PWM(0)

Das Skript initialisiert eine PWM-LED an Pin P0 und einen ADC an Pin A0.

MAP-Funktion:
```
def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
    return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min
```
Die Funktion MAP wandelt Werte von einem Bereich in einen anderen um. Dies ist notwendig, um ADC-Messwerte auf die LED-Helligkeit abzubilden.

Hauptschleife:

try:
   while True:
      # Aktuellen Wert vom ADC-Port lesen
      result = pot.read()
      voltage = pot.read_voltage()
      print('result = %d voltage = %.2f' %(result,voltage))

      # ADC-Wert auf einen Bereich für die LED-Helligkeit abbilden
      value = MAP(result, 0, 4095, 0, 100)

      # LED-Helligkeit einstellen
      led.pulse_width_percent(value)

      # 0.2 Sekunden warten, bevor erneut gelesen wird
      time.sleep(0.2)

# Sauberes Beenden bei 'Ctrl+C'
except KeyboardInterrupt:
   led.pulse_width_percent(0)  # LED ausschalten

Liest kontinuierlich ADC-Werte.
Wandelt ADC-Messwerte (0–4095) in Helligkeitswerte (0–100) um.
Passt die LED-Helligkeit entsprechend an und wartet 0.2 Sekunden vor der nächsten Messung.

Fehlerbehebung

LED reagiert nicht
- Ursache: Falsche Verkabelung oder GPIO-Pin-Konfiguration.
- Lösung: Stellen Sie sicher, dass die LED mit PWM 0 und einem geeigneten Vorwiderstand verbunden ist.
ADC-Werte sind immer Null
- Ursache: Falsche Verdrahtung des Sensors.
- Lösung: Überprüfen Sie die Sensorverbindungen und stellen Sie sicher, dass der Eingangssensor korrekt funktioniert.
Fehler bei der Werteabbildung
- Ursache: Falsche Parameter in der MAP()-Funktion.
- Lösung: Stellen Sie sicher, dass der Eingangsbereich (in_min, in_max) korrekt auf 0–4095 gesetzt ist und der Ausgangsbereich (out_min, out_max) für die LED-Helligkeitssteuerung (0–100) geeignet ist.

Erweiterungsideen

Schwellwertbasierte Steuerung

Fügen Sie eine Logik hinzu, die die LED basierend auf bestimmten ADC-Schwellenwerten ein- oder ausschaltet:
```
if result > 2048:
   led.on()
else:
   led.off()
```

Fazit

Dieses Experiment zeigt, wie der Fusion HAT+ zusammen mit einem Potentiometer verwendet werden kann, um die Helligkeit einer LED zu steuern. Durch das Verständnis der Analog-Digital-Umwandlung und der PWM-Steuerung können Sie dieses Wissen erweitern und komplexere interaktive Systeme entwickeln.