3.1.1 Zähleinrichtung

Einführung

In diesem Projekt erstellen wir ein Zählsystem mit Ziffernanzeige, bestehend aus einem PIR-Sensor und einer 4-stelligen Segmentanzeige. Sobald der PIR-Sensor erkennt, dass jemand vorbeigeht, wird die Zahl auf der 4-stelligen Segmentanzeige um 1 erhöht. Dieser Zähler kann verwendet werden, um die Anzahl der Personen zu zählen, die einen Durchgang passieren.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

../_images/4.1.7_counting_device_list_1.png ../_images/4.1.7_counting_device_list_2.png

Schaltplan

T-Board Name

physical

wiringPi

BCM

GPIO17

Pin 11

0

17

GPIO27

Pin 13

2

27

GPIO22

Pin 15

3

22

SPIMOSI

Pin 19

12

10

GPIO18

Pin 12

1

18

GPIO23

Pin 16

4

23

GPIO24

Pin 18

5

24

GPIO26

Pin 37

25

26
../_images/4.1.7_counting_device_schematic.png

Experimentelle Verfahren

Schritt 1: Bauen Sie den Schaltkreis auf.

../_images/4.1.7_counting_device_circuit.png

Schritt 2: Wechseln Sie zum Codeverzeichnis.

cd ~/raphael-kit/python-pi5

Schritt 3: Führen Sie die ausführbare Datei aus.

sudo python3 3.1.1_CountingDevice_zero.py

Nachdem der Code ausgeführt wurde, wird die Zahl auf der 4-stelligen Segmentanzeige um 1 erhöht, wenn der PIR-Sensor jemanden passieren sieht.

An dem PIR-Modul gibt es zwei Potentiometer: eines zur Einstellung der Empfindlichkeit und das andere zur Einstellung der Erkennungsdistanz. Um eine optimale Funktion des PIR-Moduls zu gewährleisten, sollten Sie beide im Uhrzeigersinn bis zum Anschlag drehen.

../_images/4.1.7_PIR_TTE.png

Code

Bemerkung

Sie können den unten stehenden Code modifizieren, zurücksetzen, kopieren, ausführen oder stoppen. Bevor Sie das tun, gehen Sie bitte zum Quellcodepfad wie raphael-kit/python-pi5. Nachdem Sie den Code geändert haben, können Sie ihn direkt ausführen, um das Ergebnis zu sehen.

#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice, MotionSensor

# Initialisieren des PIR-Bewegungssensors an GPIO 26
pir = MotionSensor(26)

# Initialisieren der Schieberegisterpins
SDI = OutputDevice(24)    # Serieller Dateneingang
RCLK = OutputDevice(23)   # Register-Taktsignal
SRCLK = OutputDevice(18)  # Schieberegister-Taktsignal

# Initialisieren der 7-Segment-Anzeigepins
placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

# Definieren der Zifferncodes für die 7-Segment-Anzeige
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

# Zähler für die angezeigte Zahl
counter = 0

def clearDisplay():
    # Löscht die Anzeige, indem alle Segmente ausgeschaltet werden
    for _ in range(8):
        SDI.on()
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

def hc595_shift(data):
    # Verschiebt Daten in das 74HC595-Schieberegister
    for i in range(8):
        SDI.value = 0x80 & (data << i)
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

def pickDigit(digit):
    # Aktiviert eine spezifische Ziffer der 7-Segment-Anzeige
    for pin in placePin:
        pin.off()
    placePin[digit].on()

def display():
    # Aktualisiert die Anzeige mit dem aktuellen Zählerstand
    global counter
    clearDisplay()
    pickDigit(0)
    hc595_shift(number[counter % 10])

    clearDisplay()
    pickDigit(1)
    hc595_shift(number[counter % 100//10])

    clearDisplay()
    pickDigit(2)
    hc595_shift(number[counter % 1000//100])

    clearDisplay()
    pickDigit(3)
    hc595_shift(number[counter % 10000//1000])

def loop():
    # Hauptprogrammschleife zur Aktualisierung der Anzeige und Überprüfung auf Bewegung
    global counter
    currentState = 0
    lastState = 0
    while True:
        display()
        currentState = 1 if pir.motion_detected else 0
        if currentState == 1 and lastState == 0:
            counter += 1
        lastState = currentState

try:
    loop()
except KeyboardInterrupt:
    # Schaltet alle Pins aus, wenn das Skript unterbrochen wird
    SDI.off()
    SRCLK.off()
    RCLK.off()
    pass

Code-Erklärung

  1. Diese Zeile importiert die Klassen OutputDevice und MotionSensor aus der Bibliothek gpiozero. OutputDevice kann eine LED, ein Motor oder jedes Gerät sein, das Sie als Ausgabe steuern möchten. Der MotionSensor ist typischerweise ein PIR-Sensor (Passiver Infrarotsensor) zur Bewegungserkennung.

    #!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice, MotionSensor

  2. Initialisiert den PIR-Bewegungssensor, der an den GPIO-Pin 26 angeschlossen ist.

    # Initialisieren des PIR-Bewegungssensors an GPIO 26
pir = MotionSensor(26)

  3. Initialisiert GPIO-Pins, die mit dem seriellen Dateneingang (SDI), dem Register-Taktsignal (RCLK) und dem Schieberegister-Taktsignal (SRCLK) des Schieberegisters verbunden sind.

    # Initialisieren der Schieberegisterpins
SDI = OutputDevice(24)    # Serieller Dateneingang
RCLK = OutputDevice(23)   # Register-Taktsignal
SRCLK = OutputDevice(18)  # Schieberegister-Taktsignal

  4. Initialisiert die Pins für jede Ziffer der 7-Segment-Anzeige und definiert die Binärcodes für die Anzeige der Zahlen 0-9.

    # Initialisieren der 7-Segment-Anzeigepins
placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

# Definieren der Zifferncodes für die 7-Segment-Anzeige
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

  5. Löscht die 7-Segment-Anzeige, indem alle Segmente ausgeschaltet werden, bevor die nächste Ziffer angezeigt wird.

    def clearDisplay():
    # Löscht die Anzeige, indem alle Segmente ausgeschaltet werden
    for _ in range(8):
        SDI.on()
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

  6. Verschiebt ein Byte Daten in das 74HC595-Schieberegister und steuert damit die Anzeigesegmente.

    def hc595_shift(data):
    # Verschiebt Daten in das 74HC595-Schieberegister
    for i in range(8):
        SDI.value = 0x80 & (data << i)
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

  7. Wählt aus, welche Ziffer der 7-Segment-Anzeige aktiviert werden soll. Jede Ziffer wird von einem separaten GPIO-Pin gesteuert.

    def pickDigit(digit):
    # Aktiviert eine spezifische Ziffer der 7-Segment-Anzeige
    for pin in placePin:
        pin.off()
    placePin[digit].on()

  8. Initiiert die Anzeige für die Einerziffer zuerst, gefolgt von der Aktivierung der Anzeige für die Zehnerziffer. Anschließend werden die Anzeigen für die Hunderter- und Tausenderziffern in dieser Reihenfolge aktiviert. Diese schnelle Abfolge von Aktivierungen erzeugt die Illusion einer kontinuierlichen vierstelligen Anzeige.

    def display():
    # Aktualisiert die Anzeige mit dem aktuellen Zählerstand
    global counter
    clearDisplay()
    pickDigit(0)
    hc595_shift(number[counter % 10])

    clearDisplay()
    pickDigit(1)
    hc595_shift(number[counter % 100//10])

    clearDisplay()
    pickDigit(2)
    hc595_shift(number[counter % 1000//100])

    clearDisplay()
    pickDigit(3)
    hc595_shift(number[counter % 10000//1000])

  9. Definiert die Hauptprogrammschleife, in der die Anzeige kontinuierlich aktualisiert wird und der Zustand des PIR-Sensors überprüft wird. Wenn eine Bewegung erkannt wird, wird der Zähler erhöht.

    def loop():
    # Hauptprogrammschleife zur Aktualisierung der Anzeige und Überprüfung auf Bewegung
    global counter
    currentState = 0
    lastState = 0
    while True:
        display()
        currentState = 1 if pir.motion_detected else 0
        if currentState == 1 und lastState == 0:
            counter += 1
        lastState = currentState

  10. Führt die Hauptprogrammschleife aus und stellt sicher, dass das Skript mit einem Tastaturbefehl (Ctrl+C) unterbrochen werden kann, wobei alle Pins für einen sauberen Ausstieg ausgeschaltet werden.

    try:
    loop()
except KeyboardInterrupt:
    # Schaltet alle Pins aus, wenn das Skript unterbrochen wird
    SDI.off()
    SRCLK.off()
    RCLK.off()
    pass