3.1.4 Intelligenter Ventilator

Einführung

In diesem Projekt werden wir Motoren, Tasten und Thermistoren verwenden, um einen manuellen + automatischen intelligenten Ventilator zu bauen, dessen Windgeschwindigkeit einstellbar ist.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten.

Schaltplan

T-Board Name	physisch	wiringPi	BCM
GPIO17	Pin 11	0	17
GPIO18	Pin 12	1	18
GPIO27	Pin 13	2	27
GPIO22	Pin 15	3	22
GPIO5	Pin 29	21	5
GPIO6	Pin 31	22	6
GPIO13	Pin 33	23	13

Experimentelle Verfahren

Schritt 1: Bauen Sie den Schaltkreis.

Bemerkung

Das Powermodul kann mit dem 9V-Batterieclip im Kit eine 9V-Batterie verwenden. Stecken Sie den Jumper des Powermoduls in die 5V-Steckleisten des Steckbretts.

Schritt 2: Wechseln Sie in den Ordner des Codes.

cd ~/raphael-kit/python-pi5

Schritt 3: Ausführen.

sudo python3 3.1.4_SmartFan_zero.py

Wenn der Code ausgeführt wird, starten Sie den Ventilator, indem Sie die Taste drücken. Jedes Mal, wenn Sie drücken, wird die Geschwindigkeitsstufe um 1 erhöht oder verringert. Es gibt 5 Geschwindigkeitsstufen: 0~4. Wenn Sie auf die 4. Stufe eingestellt sind und die Taste drücken, stoppt der Ventilator und zeigt eine Windgeschwindigkeit von 0 an.

Steigt oder fällt die Temperatur um mehr als 2℃, wird die Geschwindigkeit automatisch um 1 Stufe schneller oder langsamer eingestellt.

Code

Bemerkung

Sie können den untenstehenden Code modifizieren/zurücksetzen/kopieren/ausführen/stoppen. Bevor Sie dies tun, sollten Sie jedoch zum Quellcodepfad wie raphael-kit/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 Motor, Button
from time import sleep
import ADC0834
import math

# Initialisierung der GPIO-Pins für die Taste und die Motorsteuerung
BtnPin = Button(22)
motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13)

# Initialisierung des ADC0834-Moduls für die Temperaturmessung
ADC0834.setup()

# Initialisierung von Variablen zur Überwachung der Motordrehzahl und Temperaturen
level = 0
currentTemp = 0
markTemp = 0

def temperature():
    """
    Liest und berechnet die aktuelle Temperatur vom Sensor.
    Rückgabe:
        float: Die aktuelle Temperatur in Celsius.
    """
    # Analogwert vom ADC0834-Modul lesen
    analogVal = ADC0834.getResult()
    # Analogwert in Spannung und dann in Widerstand umwandeln
    Vr = 5 * float(analogVal) / 255
    Rt = 10000 * Vr / (5 - Vr)
    # Temperatur in Celsius berechnen
    temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15 + 25)))
    Cel = temp - 273.15
    return Cel

def motor_run(level):
    """
    Passt die Motorgeschwindigkeit an das angegebene Niveau an.
    Argumente:
        level (int): Gewünschtes Motorgeschwindigkeitsniveau.
    Rückgabe:
        int: Angepasstes Motorgeschwindigkeitsniveau.
    """
    # Motor stoppen, wenn das Niveau 0 ist
    if level == 0:
        motor.stop()
        return 0
    # Niveau auf 4 begrenzen für maximale Geschwindigkeit
    if level >= 4:
        level = 4
    # Motorgeschwindigkeit einstellen
    motor.forward(speed=float(level / 4))
    return level

def changeLevel():
    """
    Ändert das Motorgeschwindigkeitsniveau, wenn die Taste gedrückt wird, und aktualisiert die Referenztemperatur.
    """
    global level, currentTemp, markTemp
    print("Taste gedrückt")
    # Durch die Niveaus 0-4 zyklisch wechseln
    level = (level + 1) % 5
    # Referenztemperatur aktualisieren
    markTemp = currentTemp

# Die Taste mit der Funktion changeLevel verbinden
BtnPin.when_pressed = changeLevel

def main():
    """
    Hauptfunktion zur kontinuierlichen Überwachung und Reaktion auf Temperaturänderungen.
    """
    global level, currentTemp, markTemp
    # Anfängliche Referenztemperatur setzen
    markTemp = temperature()
    while True:
        # Aktuelle Temperatur kontinuierlich lesen
        currentTemp = temperature()
        # Motorniveau anhand der Temperaturdifferenz anpassen
        if level != 0:
            if currentTemp - markTemp <= -2:
                level -= 1
                markTemp = currentTemp
            elif currentTemp - markTemp >= 2:
                if level < 4:
                    level += 1
                markTemp = currentTemp
        # Motor auf angepasstem Niveau betreiben
        level = motor_run(level)

# Die Hauptfunktion ausführen und auf KeyboardInterrupt reagieren
try:
    main()
except KeyboardInterrupt:
    # Motor stoppen, wenn das Skript unterbrochen wird
    motor.stop()

Code-Erklärung

1. Importiert Klassen zur Steuerung eines Motors und einer Taste sowie die Sleep-Funktion für Pausen. Außerdem wird die ADC0834-Bibliothek für die Temperaturmessung und die Math-Bibliothek für mathematische Berechnungen importiert.

   #!/usr/bin/env python3
   
   from gpiozero import Motor, Button
   from time import sleep
   import ADC0834
   import math
   

2. Richtet die Taste an GPIO-Pin 22 ein und konfiguriert den Motor mit spezifischen GPIO-Pins zur Steuerung. Initialisiert das ADC0834-Modul zur Temperaturmessung. Außerdem werden Variablen initialisiert, um die Motordrehzahl und Temperaturen zu überwachen.

   # Initialisierung der GPIO-Pins für die Taste und die Motorsteuerung
   BtnPin = Button(22)
   motor = Motor(forward=5, backward=6, enable=13)
   
   # Initialisierung des ADC0834-Moduls für die Temperaturmessung
   ADC0834.setup()
   
   # Initialisierung von Variablen zur Überwachung der Motordrehzahl und Temperaturen
   level = 0
   currentTemp = 0
   markTemp = 0
   

3. Definiert eine Funktion zur Ablesung und Berechnung der Temperatur vom Sensor, die den Messwert in Celsius umwandelt.

   def temperature():
       """
       Liest und berechnet die aktuelle Temperatur vom Sensor.
       Rückgabe:
           float: Die aktuelle Temperatur in Celsius.
       """
       # Analogwert vom ADC0834-Modul lesen
       analogVal = ADC0834.getResult()
       # Analogwert in Spannung und dann in Widerstand umwandeln
       Vr = 5 * float(analogVal) / 255
       Rt = 10000 * Vr / (5 - Vr)
       # Temperatur in Celsius berechnen
       temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000)) / 3950) + (1 / (273.15 + 25)))
       Cel = temp - 273.15
       return Cel
   

4. Führt eine Funktion ein, um die Motorgeschwindigkeit entsprechend dem angegebenen Niveau anzupassen.

   def motor_run(level):
       """
       Passt die Motorgeschwindigkeit an das angegebene Niveau an.
       Argumente:
           level (int): Gewünschtes Motorgeschwindigkeitsniveau.
       Rückgabe:
           int: Angepasstes Motorgeschwindigkeitsniveau.
       """
       # Motor stoppen, wenn das Niveau 0 ist
       if level == 0:
           motor.stop()
           return 0
       # Niveau auf 4 begrenzen für maximale Geschwindigkeit
       if level >= 4:
           level = 4
       # Motorgeschwindigkeit einstellen
       motor.forward(speed=float(level / 4))
       return level
   

5. Implementiert eine Funktion, um das Motorgeschwindigkeitsniveau manuell mithilfe einer Taste zu ändern und bindet diese Funktion an das Drücken der Taste.

   def changeLevel():
       """
       Ändert das Motorgeschwindigkeitsniveau, wenn die Taste gedrückt wird, und aktualisiert die Referenztemperatur.
       """
       global level, currentTemp, markTemp
       print("Taste gedrückt")
       # Durch die Niveaus 0-4 zyklisch wechseln
       level = (level + 1) % 5
       # Referenztemperatur aktualisieren
       markTemp = currentTemp
   
   # Die Taste mit der Funktion changeLevel verbinden
   BtnPin.when_pressed = changeLevel
   

6. Die Hauptfunktion, die entwickelt wurde, um die Motorgeschwindigkeit kontinuierlich in Reaktion auf Temperaturschwankungen anzupassen, muss noch implementiert werden.

   def main():
       """
       Hauptfunktion zur kontinuierlichen Überwachung und Reaktion auf Temperaturänderungen.
       """
       global level, currentTemp, markTemp
       # Anfängliche Referenztemperatur setzen
       markTemp = temperature()
       while True:
           # Aktuelle Temperatur kontinuierlich lesen
           currentTemp = temperature()
           # Motorniveau anhand der Temperaturdifferenz anpassen
           if level != 0:
               if currentTemp - markTemp <= -2:
                   level -= 1
                   markTemp = currentTemp
               elif currentTemp - markTemp >= 2:
                   if level < 4:
                       level += 1
                   markTemp = currentTemp
           # Motor auf angepasstem Niveau betreiben
           level = motor_run(level)
   

7. Führt die Hauptfunktion aus und stellt sicher, dass der Motor stoppt, wenn das Skript unterbrochen wird.

   # Die Hauptfunktion ausführen und auf KeyboardInterrupt reagieren
   try:
       main()
   except KeyboardInterrupt:
       # Motor stoppen, wenn das Skript unterbrochen wird
       motor.stop()