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3.1.2 Willkommen

Einführung

In diesem Projekt werden wir PIR-Sensoren verwenden, um die Bewegung von Fußgängern zu erfassen. Dabei setzen wir Servomotoren, LEDs und einen Summer ein, um die Funktion der Sensortür eines Convenience-Stores zu simulieren. Erscheint ein Fußgänger im Erfassungsbereich des PIR-Sensors, wird das Anzeigelicht aktiviert, die Tür öffnet sich und der Summer spielt die Eingangsglocke.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten.

Schaltplan

T-Board Name	physisch	wiringPi	BCM
GPIO18	Pin 12	1	18
GPIO17	Pin 11	0	17
GPIO27	Pin 13	2	27
GPIO22	Pin 15	3	22

Experimentelle Verfahren

Schritt 1: Bauen Sie den Schaltkreis.

Schritt 2: Wechseln Sie das Verzeichnis.

cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

Schritt 3: Ausführen.

sudo python3 3.1.2_Welcome_zero.py

Nachdem der Code ausgeführt wurde, öffnet sich automatisch die Tür (simuliert durch den Servo), das Anzeigelicht schaltet sich ein und die Türklingelmusik wird abgespielt, wenn der PIR-Sensor jemanden erfasst. Nachdem die Türklingelmusik abgespielt wurde, schließt das System automatisch die Tür und schaltet das Anzeigelicht aus, um auf das nächste Vorbeigehen zu warten.

Am PIR-Modul befinden sich zwei Potentiometer: eines zur Einstellung der Empfindlichkeit und das andere zur Einstellung der Erfassungsentfernung. Um das PIR-Modul optimal zu nutzen, sollten Sie beide gegen den Uhrzeigersinn bis zum Anschlag drehen.

Warnung

Wenn die Fehlermeldung RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address angezeigt wird, lesen Sie bitte Wenn gpiozero nicht funktioniert.

Code

Bemerkung

Sie können den untenstehenden Code modifizieren/zurücksetzen/kopieren/ausführen/stoppen. Bevor Sie dies tun, sollten Sie jedoch zum Quellcodepfad wie davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5 wechseln. Nachdem Sie den Code geändert haben, können Sie ihn direkt ausführen, um das Ergebnis zu sehen.

#!/usr/bin/env python3

from gpiozero import LED, MotionSensor, Servo, TonalBuzzer
import time

# GPIO-Pin-Setup für LED, Bewegungssensor (PIR) und Summer
ledPin = LED(6)
pirPin = MotionSensor(21)
buzPin = TonalBuzzer(27)

# Servomotor-Pulsbreitenkorrekturfaktor und -berechnung
myCorrection = 0.45
maxPW = (2.0 + myCorrection) / 1000  # Maximale Pulsbreite
minPW = (1.0 - myCorrection) / 1000  # Minimale Pulsbreite

# Initialisierung des Servos mit angepassten Pulsbreiten
servoPin = Servo(25, min_pulse_width=minPW, max_pulse_width=maxPW)

# Musikalische Melodie für den Summer, mit Noten und Dauern
tune = [('C#4', 0.2), ('D4', 0.2), (None, 0.2),
        ('Eb4', 0.2), ('E4', 0.2), (None, 0.6),
        ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.6),
        ('Eb4', 0.2), ('E4', 0.2), (None, 0.2),
        ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.2),
        ('C4', 0.2), ('B4', 0.2), (None, 0.2),
        ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.2),
        ('B4', 0.2), ('Bb4', 0.5), (None, 0.6),
        ('A4', 0.2), ('G4', 0.2), ('E4', 0.2),
        ('D4', 0.2), ('E4', 0.2)]

def setAngle(angle):
    """
    Bewegt den Servo auf einen bestimmten Winkel.
    :param angle: Winkel in Grad (0-180).
    """
    value = float(angle / 180)  # Winkel in Servo-Wert umrechnen
    servoPin.value = value      # Servoposition setzen
    time.sleep(0.001)           # Kurze Verzögerung für Servobewegung

def doorbell():
    """
    Spielt eine musikalische Melodie mit dem Summer.
    """
    for note, duration in tune:
        buzPin.play(note)       # Note abspielen
        time.sleep(float(duration))  # Dauer der Note
    buzPin.stop()               # Summer nach dem Spielen der Melodie anhalten

def closedoor():
    # LED ausschalten und Servo bewegen, um Tür zu schließen
    ledPin.off()
    for i in range(180, -1, -1):
        setAngle(i)             # Servo von 180 auf 0 Grad bewegen
        time.sleep(0.001)       # Kurze Verzögerung für gleichmäßige Bewegung
    time.sleep(1)               # Warten nach dem Schließen der Tür

def opendoor():
    # LED einschalten, Tür öffnen (Servo bewegen), Melodie abspielen, Tür schließen
    ledPin.on()
    for i in range(0, 181):
        setAngle(i)             # Servo von 0 auf 180 Grad bewegen
        time.sleep(0.001)       # Kurze Verzögerung für gleichmäßige Bewegung
    time.sleep(1)               # Warten vor dem Spielen der Melodie
    doorbell()                  # Türklingelmelodie abspielen
    closedoor()                 # Tür nach der Melodie schließen

def loop():
    # Hauptschleife zur Bewegungserkennung und Türbedienung
    while True:
        if pirPin.motion_detected:
            opendoor()               # Tür öffnen, wenn Bewegung erkannt wird
        time.sleep(0.1)              # Kurze Verzögerung in der Schleife

try:
    loop()
except KeyboardInterrupt:
    # GPIO bei Benutzerunterbrechung aufräumen (z. B. Strg+C)
    buzPin.stop()
    ledPin.off()

Code-Erklärung

1. Das Skript beginnt mit dem Import der notwendigen Module. Die Bibliothek gpiozero wird verwendet, um mit der LED, dem Bewegungssensor, dem Servomotor und dem tonalen Summer zu interagieren. Das Modul time wird für zeitbezogene Funktionen eingesetzt.

   #!/usr/bin/env python3
   from gpiozero import LED, MotionSensor, Servo, TonalBuzzer
   import time
   

2. Initialisiert die LED, den PIR-Bewegungssensor und den tonalen Summer an ihren jeweiligen GPIO-Pins.

   # GPIO-Pin-Setup für LED, Bewegungssensor (PIR) und Summer
   ledPin = LED(6)
   pirPin = MotionSensor(21)
   buzPin = TonalBuzzer(27)
   

3. Berechnet die maximalen und minimalen Pulsbreiten für den Servomotor unter Berücksichtigung eines Korrekturfaktors zur Feinabstimmung.

   # Servomotor-Pulsbreitenkorrekturfaktor und -berechnung
   myCorrection = 0.45
   maxPW = (2.0 + myCorrection) / 1000  # Maximale Pulsbreite
   minPW = (1.0 - myCorrection) / 1000  # Minimale Pulsbreite
   

4. Initialisiert den Servomotor am GPIO-Pin 25 mit den angepassten Pulsbreiten für eine genaue Positionierung.

   # Initialisierung des Servos mit angepassten Pulsbreiten
   servoPin = Servo(25, min_pulse_width=minPW, max_pulse_width=maxPW)
   

5. Die Melodie wird als Abfolge von Noten (Frequenz) und Dauern (Sekunden) definiert.

   # Musikalische Melodie für den Summer, mit Noten und Dauern
   tune = [('C#4', 0.2), ('D4', 0.2), (None, 0.2),
           ('Eb4', 0.2), ('E4', 0.2), (None, 0.6),
           ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.6),
           ('Eb4', 0.2), ('E4', 0.2), (None, 0.2),
           ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.2),
           ('C4', 0.2), ('B4', 0.2), (None, 0.2),
           ('F#4', 0.2), ('G4', 0.2), (None, 0.2),
           ('B4', 0.2), ('Bb4', 0.5), (None, 0.6),
           ('A4', 0.2), ('G4', 0.2), ('E4', 0.2),
           ('D4', 0.2), ('E4', 0.2)]
   

6. Funktion zum Bewegen des Servos auf einen bestimmten Winkel. Wandelt den Winkel in einen Wert zwischen 0 und 1 für den Servo um.

   def setAngle(angle):
       """
       Bewegt den Servo auf einen bestimmten Winkel.
       :param angle: Winkel in Grad (0-180).
       """
       value = float(angle / 180)  # Winkel in Servo-Wert umrechnen
       servoPin.value = value      # Servoposition setzen
       time.sleep(0.001)           # Kurze Verzögerung für Servobewegung
   

7. Funktion zum Abspielen einer musikalischen Melodie mit dem Summer. Durchläuft die Liste tune und spielt jede Note für ihre angegebene Dauer ab.

   def doorbell():
       """
       Spielt eine musikalische Melodie mit dem Summer.
       """
       for note, duration in tune:
           buzPin.play(note)       # Note abspielen
           time.sleep(float(duration))  # Dauer der Note
       buzPin.stop()               # Summer nach dem Spielen der Melodie anhalten
   

8. Funktionen zum Öffnen und Schließen der Tür mit dem Servomotor. Die Funktion opendoor schaltet die LED ein, öffnet die Tür, spielt die Melodie und schließt dann die Tür.

   def closedoor():
       # LED ausschalten und Servo bewegen, um Tür zu schließen
       ledPin.off()
       for i in range(180, -1, -1):
           setAngle(i)             # Servo von 180 auf 0 Grad bewegen
           time.sleep(0.001)       # Kurze Verzögerung für gleichmäßige Bewegung
       time.sleep(1)               # Warten nach dem Schließen der Tür
   
   def opendoor():
       # LED einschalten, Tür öffnen (Servo bewegen), Melodie abspielen, Tür schließen
       ledPin.on()
       for i in range(0, 181):
           setAngle(i)             # Servo von 0 auf 180 Grad bewegen
           time.sleep(0.001)       # Kurze Verzögerung für gleichmäßige Bewegung
       time.sleep(1)               # Warten vor dem Spielen der Melodie
       doorbell()                  # Türklingelmelodie abspielen
       closedoor()                 # Tür nach der Melodie schließen
   

9. Hauptschleife, die ständig auf Bewegungserkennung prüft. Bei erkannter Bewegung wird die Funktion opendoor ausgelöst.

   def loop():
       # Hauptschleife zur Bewegungserkennung und Türbedienung
       while True:
           if pirPin.motion_detected:
               opendoor()               # Tür öffnen, wenn Bewegung erkannt wird
           time.sleep(0.1)              # Kurze Verzögerung in der Schleife
   

10. Führt die Hauptschleife aus und stellt sicher, dass das Skript mit einem Tastaturbefehl (Strg+C) gestoppt werden kann, wobei der Summer und die LED für einen sauberen Ausstieg ausgeschaltet werden.

    try:
        loop()
    except KeyboardInterrupt:
        # GPIO bei Benutzerunterbrechung aufräumen (z. B. Strg+C)
        buzPin.stop()
        ledPin.off()