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3.1.5 Batterieanzeige (MCP3008)
Bemerkung
Je nach Kit-Version bitte prüfen, ob ADC0834 oder MCP3008 enthalten ist, und mit dem entsprechenden Abschnitt fortfahren.
Einführung
In diesem Projekt bauen wir ein Batterieanzeigegerät, das den Batteriestand visuell auf einer LED-Balkenanzeige darstellen kann.
Warnung
Verwende keine Batterien mit einer Spannung von mehr als 3,3 V, um eine Überlastung und mögliche Schäden am Chip oder Raspberry Pi zu vermeiden.
Benötigte Komponenten
In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.
Schaltplan
T-Board-Name |
Physical |
WiringPi |
BCM |
SPICE0 |
Pin 24 |
10 |
8 |
SPIMOSI |
Pin 19 |
12 |
10 |
SPIMISO |
Pin 21 |
13 |
9 |
SPISCLK |
Pin 23 |
14 |
11 |
GPIO25 |
Pin 22 |
6 |
25 |
GPIO12 |
Pin 32 |
26 |
12 |
GPIO16 |
Pin 36 |
27 |
16 |
GPIO20 |
Pin 38 |
28 |
20 |
GPIO21 |
Pin 40 |
29 |
21 |
GPIO5 |
Pin 29 |
21 |
5 |
GPIO6 |
Pin 31 |
22 |
6 |
GPIO13 |
Pin 33 |
23 |
13 |
GPIO19 |
Pin 35 |
24 |
19 |
GPIO26 |
Pin 37 |
25 |
26 |
Experimentelle Schritte
Schritt 1: Baue die Schaltung auf.
Schritt 2: Richte die SPI-Schnittstelle ein und installiere die spidev-Bibliothek (siehe SPI-Konfiguration für detaillierte Anweisungen). Falls diese Schritte bereits erledigt sind, kannst du sie überspringen.
Schritt 3: Wechsle in den Ordner mit dem Code.
cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5
Schritt 4: Führe die Programmdatei aus.
sudo python3 3.1.5-2_Battery_indicator_zero.py
Nachdem das Programm gestartet ist, verbinde den dritten Pin des MCP3008 und GND jeweils mit den beiden Polen einer Batterie. Du wirst sehen, dass die entsprechende LED auf der LED-Balkenanzeige leuchtet, um den Batteriestand anzuzeigen (Messbereich: 0–5 V).
Warnung
Falls die Fehlermeldung RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address erscheint, siehe Wenn gpiozero nicht funktioniert.
Code
Bemerkung
Du kannst den folgenden Code Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen.
Vorher musst du jedoch in das Quellcode-Verzeichnis wechseln (z. B. davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5).
Nach einer Änderung kannst du den Code direkt ausführen, um den Effekt zu sehen.
#!/usr/bin/env python3
import LCD1602
from gpiozero import LED, Buzzer, Button
import spidev
import time
import math
# Joystick-Taste, Summer und LED initialisieren
Joy_BtnPin = Button(22) # GPIO22, Pin15
buzzPin = Buzzer(23) # GPIO23, Pin16
ledPin = LED(24) # GPIO24, Pin18
# Anfangswert für obere Temperaturgrenze
upperTem = 40
# SPI für MCP3008 initialisieren (Bus 0, CE0 -> GPIO8 / Pin24)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz
# LCD initialisieren (I2C-Adresse 0x27, Hintergrundbeleuchtung an)
LCD1602.init(0x27, 1)
def read_adc(channel):
"""
Liest den analogen Wert vom MCP3008.
"""
if channel < 0 or channel > 7:
return -1
adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
return value
def get_joystick_value():
"""
Liest die Joystick-Werte und gibt eine Änderungszahl je nach Joystick-Position zurück.
"""
x_val = read_adc(1)
y_val = read_adc(2)
if x_val > 800:
return 1
elif x_val < 200:
return -1
elif y_val > 800:
return -10
elif y_val < 200:
return 10
else:
return 0
def upper_tem_setting():
"""
Passt die obere Temperaturgrenze an und zeigt sie auf dem LCD an.
"""
global upperTem
LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ')
change = int(get_joystick_value())
upperTem += change
strUpperTem = str(upperTem)
LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, ' ')
time.sleep(0.1)
def temperature():
"""
Liest die aktuelle Temperatur vom Sensor und gibt sie in Celsius zurück.
"""
analogVal = read_adc(0)
Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0 # Spannung über dem Festwiderstand
if Vr == 0:
return 0 # Division durch null vermeiden
Rt = 10000.0 * (3.3 - Vr) / Vr
temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)))
Cel = temp - 273.15
return round(Cel, 2)
def monitoring_temp():
"""
Überwacht und zeigt die aktuelle Temperatur und die obere Temperaturgrenze an.
Aktiviert Summer und LED, wenn die Temperatur die Obergrenze überschreitet.
"""
global upperTem
Cel = temperature()
LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ')
LCD1602.write(6, 0, str(Cel))
LCD1602.write(7, 1, str(upperTem))
time.sleep(0.1)
if Cel >= upperTem:
buzzPin.on()
ledPin.on()
else:
buzzPin.off()
ledPin.off()
# Hauptprogrammschleife
try:
lastState = 1
stage = 0
while True:
currentState = Joy_BtnPin.value
if currentState == 1 and lastState == 0:
stage = (stage + 1) % 2
time.sleep(0.1)
LCD1602.clear()
lastState = currentState
if stage == 1:
upper_tem_setting()
else:
monitoring_temp()
except KeyboardInterrupt:
LCD1602.clear()
spi.close()
Code-Erklärung
Dieses Python-Programm läuft auf einem Raspberry Pi. Es verwendet den MCP3008-Analog-Digital-Wandler, um Temperaturdaten von einem analogen Sensor zu lesen. Ein Joystick wird genutzt, um die Temperaturgrenze einzustellen, und ein LCD1602 zeigt die aktuelle Temperatur und den Grenzwert an. Ein Summer und eine LED werden aktiviert, wenn die Temperatur die Grenze überschreitet.
Benötigte Bibliotheken importieren
import RPi.GPIO as GPIO import spidev import time import math import LCD1602
RPi.GPIO: Steuerung der GPIO-Pinsspidev: Kommunikation mit MCP3008 über SPImath: TemperaturberechnungLCD1602: Steuerung des LCD-Displays
GPIO-Setup
JOY_BTN_PIN = 22 BUZZER_PIN = 23 LED_PIN = 24 GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(JOY_BTN_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) GPIO.setup(BUZZER_PIN, GPIO.OUT) GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)
Weist Pins für Joystick-Taste, Summer und LED zu
Konfiguriert die Joystick-Taste mit Pull-up-Widerstand
Setzt Ausgangspins auf LOW
SPI- und LCD-Initialisierung
upperTem = 40 spi = spidev.SpiDev() spi.open(0, 0) spi.max_speed_hz = 1000000 LCD1602.init(0x27, 1)
Initialisiert SPI für MCP3008
Initialisiert LCD1602 über I²C-Adresse
0x27
ADC-Kanal lesen
def read_adc(channel): if channel < 0 or channel > 7: return -1 adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0]) value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2] return value
Liest analoge Spannung vom MCP3008-Kanal (0–7)
Gibt einen Wert zwischen 0 und 1023 zurück
Joystick-Richtung lesen
def get_joystick_value(): x_val = read_adc(1) y_val = read_adc(2) ...
Liest X- und Y-Achse des Joysticks
Wandelt Bewegung in Änderung des Grenzwerts um (+/- 1 oder +/- 10)
Temperaturgrenze anpassen
def upper_tem_setting(): global upperTem ...
Passt
upperTemper Joystick anZeigt den aktuellen Wert auf dem LCD an
Temperatur berechnen
def temperature(): analogVal = read_adc(0) ...
Wandelt Spannung in Widerstand und dann in Temperatur um
Nutzt die Steinhart-Hart-Gleichung
Überwachungsmodus
def monitoring_temp(): global upperTem ...
Zeigt aktuelle Temperatur und Grenzwert
Aktiviert Summer und LED, wenn Temperatur ≥ Grenzwert
Hauptschleife
try: lastState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN) stage = 0 ...
Wechselt mit Joystick-Taste zwischen *
stage 0: Temperaturüberwachung *stage 1: Grenzwertanpassung
Beenden und Aufräumen
except KeyboardInterrupt: pass finally: LCD1602.clear() GPIO.cleanup() spi.close()
Stellt sicher, dass GPIO und LCD nach Programmende zurückgesetzt werden