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2.2.1 Fotowiderstand (MCP3008)

Nota

Abhängig von deiner Bausatzversion überprüfe bitte, ob du ADC0834 oder MCP3008 hast, und fahre mit dem entsprechenden Abschnitt fort.

Einführung

Der Fotowiderstand ist eine häufig verwendete Komponente zur Erkennung der Umgebungslichtintensität. Er hilft dem Controller, Tag und Nacht zu erkennen und Lichtsteuerungsfunktionen wie eine Nachtlampe zu realisieren. Dieses Projekt ist dem Potentiometer sehr ähnlich – du könntest sagen, es wandelt die Spannung in Lichtmessung um.

Benötigte Komponenten

In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

Schaltplan

T-Board Name	Physisch	WiringPi	BCM
SPICE0	pin24	10	8
SPIMOSI	pin19	12	10
SPIMISO	pin21	13	9
SPISCLK	pin23	14	11
GPIO22	pin15	3	22

Experimentelle Schritte

Schritt 1: Baue die Schaltung auf.

Schritt 2: Richte die SPI-Schnittstelle ein und installiere die Bibliothek spidev (siehe Configuración de SPI für detaillierte Anweisungen). Wenn du diese Schritte bereits abgeschlossen hast, kannst du diesen Schritt überspringen.

Schritt 3: Gehe in den Code-Ordner.

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

Schritt 4: Führe die ausführbare Datei aus.

sudo python3 2.2.1-2_Photoresistor_zero.py

Während der Code läuft, ändert sich die Helligkeit der LED entsprechend der vom Fotowiderstand erfassten Lichtintensität.

Advertencia

Falls die Fehlermeldung RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address erscheint, siehe Si gpiozero no funciona.

Code

Nota

Du kannst den untenstehenden Code Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen. Bevor du dies tust, musst du jedoch den Quellcode-Pfad wie davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5 aufrufen. Nachdem du den Code geändert hast, kannst du ihn direkt ausführen, um den Effekt zu sehen.

#!/usr/bin/env python3
import spidev
import time
from gpiozero import PWMLED

# Initialisiere eine PWM-LED an GPIO-Pin 22
led = PWMLED(22)

# Initialisiere SPI-Kommunikation (Bus 0, CE0 -> GPIO8)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)  # Bus 0, CS0
spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

# Funktion zum Lesen von MCP3008-Kanal (0–7)
def read_adc(channel):
    """
    Analogen Wert vom MCP3008 lesen (0–1023)
    """
    if channel < 0 or channel > 7:
        return -1
    # MCP3008-Protokoll: Startbit, Single-Ended-Modus, Kanal (3 Bit), Füller
    r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
    value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
    return value

# Funktion zum Umrechnen eines Wertes von einem Bereich in einen anderen
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

# Hauptschleife zum Lesen des ADC-Werts und Steuern der LED-Helligkeit
def loop():
    while True:
        # Analogen Wert von Kanal 0 des MCP3008 lesen
        analogVal = read_adc(0)
        print('value = %d' % analogVal)

        # 0–1023 auf PWM-Bereich 0.0–1.0 umrechnen
        led.value = analogVal / 1023.0

        # 0,2 Sekunden warten
        time.sleep(0.2)

# Hauptschleife ausführen und KeyboardInterrupt für sauberes Beenden behandeln
try:
    loop()
except KeyboardInterrupt:
    led.value = 0  # LED vor dem Beenden ausschalten

Code-Erklärung

1. Dieser Abschnitt importiert die Klasse PWMLED aus der Bibliothek gpiozero zur Steuerung von PWM-LEDs, spidev für die SPI-Kommunikation mit dem MCP3008 und time für Pausen/Verzögerungen.

   #!/usr/bin/env python3
   import spidev
   import time
   from gpiozero import PWMLED
   

2. Initialisiert eine PWM-LED, die mit GPIO-Pin 22 verbunden ist, und richtet die SPI-Schnittstelle für den MCP3008 ein (Bus 0, CE0). Die SPI-Taktfrequenz wird auf 1 MHz gesetzt.

   # Initialisiere eine PWM-LED an GPIO-Pin 22
   led = PWMLED(22)
   
   # Initialisiere SPI-Kommunikation (Bus 0, CE0 -> GPIO8)
   spi = spidev.SpiDev()
   spi.open(0, 0)  # Bus 0, CS0
   spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz
   

3. Definiert eine Funktion zum Lesen von einem bestimmten MCP3008-ADC-Kanal. Sie sendet einen 3-Byte-Befehl über SPI und extrahiert einen 10-Bit-Wert (0–1023) aus der Antwort.

   # Funktion zum Lesen von MCP3008-Kanal (0–7)
   def read_adc(channel):
       """
       Analogen Wert vom MCP3008 lesen (0–1023)
       """
       if channel < 0 or channel > 7:
           return -1
       # MCP3008-Protokoll: Startbit, Single-Ended-Modus, Kanal (3 Bit), Füller
       r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
       value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
       return value
   

4. Definiert eine Hilfsfunktion MAP(), die eine Zahl von einem Wertebereich in einen anderen umrechnet. Dies ist nützlich, um rohe ADC-Werte in einen geeigneten PWM-Bereich umzuwandeln.

   # Funktion zum Umrechnen eines Wertes von einem Bereich in einen anderen
   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
   

5. Implementiert eine Schleife, die wiederholt einen analogen Wert von Kanal 0 des MCP3008 liest, ihn auf einen PWM-Helligkeitswert (0.0–1.0) umrechnet und auf die LED anwendet. Die Schleife pausiert 0,2 Sekunden zwischen den Messungen.

   # Hauptschleife zum Lesen des ADC-Werts und Steuern der LED-Helligkeit
   def loop():
       while True:
           # Analogen Wert von Kanal 0 des MCP3008 lesen
           analogVal = read_adc(0)
           print('value = %d' % analogVal)
   
           # 0–1023 auf PWM-Bereich 0.0–1.0 umrechnen
           led.value = analogVal / 1023.0
   
           # 0,2 Sekunden warten
           time.sleep(0.2)
   

6. Führt die Schleife aus und behandelt KeyboardInterrupt sauber. Wenn der Benutzer das Programm stoppt (Ctrl+C), wird die LED vor dem Beenden ausgeschaltet.

   # Hauptschleife ausführen und KeyboardInterrupt für sauberes Beenden behandeln
   try:
       loop()
   except KeyboardInterrupt:
       # LED vor dem Beenden ausschalten
       led.value = 0