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2.11 Den Drehregler betätigen

In dieser Lektion werden wir die Verwendung des eingebauten Analog-Digital-Umsetzers (ADC) des Raspberry Pi Pico 2 W zur Erfassung analoger Eingaben untersuchen und diese Eingaben nutzen, um die Helligkeit einer LED zu steuern. Konkret werden wir ein Potentiometer – einen variablen Widerstand – als analoges Eingabegerät verwenden. Durch Drehen des Knopfes am Potentiometer justieren wir die vom Pico gelesene Spannung, welche dann über die Pulsweitenmodulation (PWM) zur Steuerung der LED-Helligkeit verwendet wird.

Verständnis für analogen Eingang

Bisher haben wir mit digitalen Eingängen und Ausgängen gearbeitet, die entweder EIN (hohe Spannung) oder AUS (niedrige Spannung) sind. Viele reale Signale sind jedoch analog, d.h. sie variieren kontinuierlich über einen Bereich von Werten. Beispiele hierfür sind Lichtintensität, Temperatur und Geräuschpegel.

Der Raspberry Pi Pico 2 W verfügt über einen eingebauten ADC, der es ermöglicht, analoge Spannungen zu lesen und in digitale Werte umzuwandeln, die im Code verarbeitet werden können.

Der ADC wandelt die analoge Spannung vom Potentiometer mittels folgender Formel in einen digitalen Wert um:

Digitalwert = (Analogspannung / 3.3V) * 1023

ADC-Pins des Pico

pin_adc

Der Pico hat drei GPIO-Pins, die für analoge Eingaben genutzt werden können:

  • GP26 (ADC0)

  • GP27 (ADC1)

  • GP28 (ADC2)

Zusätzlich gibt es einen vierten ADC-Kanal, der intern mit einem Temperatursensor verbunden ist (ADC4), den wir in späteren Lektionen erkunden werden.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

Es ist definitiv praktisch, ein ganzes Kit zu kaufen, hier ist der Link:

Name

ARTIKEL IN DIESEM KIT

KAUF-LINK

Pico 2 W Starter Kit

450+

Pico 2 W Kit

Sie können sie auch separat über die untenstehenden Links kaufen.

SN

KOMPONENTEN-EINFÜHRUNG

ANZAHL

KAUF-LINK

1

Einführung in den Pico 2 W

1

2

Micro-USB-Kabel

1

3

Breadboard

1

KAUFEN

4

Jumper-Kabel

Mehrere

KAUFEN

5

Widerstand

1(220Ω)

KAUFEN

6

LED

1

KAUFEN

7

Potentiometer

1

KAUFEN

Schaltplan

sch_pot

Verdrahtung

wiring_pot

Code

Bemerkung

  • Sie können die Datei 2.11_turn_the_knob.ino im Pfad pico-2w-kit-main/arduino/2.11_turn_the_knob öffnen.

  • Oder kopieren Sie diesen Code in die Arduino IDE.

  • Vergessen Sie nicht, das Board (Raspberry Pi Pico) und den richtigen Port auszuwählen, bevor Sie auf den Hochladen -Button klicken.

// Definieren der Pins
const int potPin = 28;   // Potentiometer an GP28 (ADC2) angeschlossen
const int ledPin = 15;   // LED an GP15 angeschlossen (PWM-fähig)

void setup() {
  // Initialisieren der seriellen Kommunikation zur Fehlerbehebung
  Serial.begin(115200);
  // Einrichten des LED-Pins als Ausgang
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Lesen des analogen Wertes vom Potentiometer (0-1023)
  int sensorValue = analogRead(potPin);
  // Ausgeben des Sensorwertes zur Fehlerbehebung
  Serial.println(sensorValue);

  // Zuordnen des Sensorwertes zu einem PWM-Wert (0-255)
  int brightness = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255);
  // Einstellen der Helligkeit der LED
  analogWrite(ledPin, brightness);

  // Kleine Verzögerung für Stabilität
  delay(10);
}

Wenn der Code läuft und der Serial Monitor geöffnet ist:

  • Wenn Sie den Knopf des Potentiometers drehen, sollte sich die Helligkeit der LED von dunkel zu hell ändern.

  • Sie sollten die analogen Werte sehen, die von etwa 0 bis 1023 variieren, wenn Sie das Potentiometer anpassen.

Verständnis des Codes

  1. Definition der Pins:

    Weist die GPIO-Pins zu, die für das Potentiometer und die LED verwendet werden.

    const int potPin = 28;   // Potentiometer an GP28 (ADC2) angeschlossen
const int ledPin = 15;   // LED an GP15 angeschlossen (PWM-fähig)

  2. Initialisieren der seriellen Kommunikation:

    Beginnt die serielle Kommunikation, um Nachrichten an den Serial Monitor zu senden.

    Serial.begin(115200);

  3. Lesen des analogen Wertes:

    Liest die analoge Spannung am potPin (GP28) und gibt einen Wert zwischen 0 und 1023 zurück.

    int sensorValue = analogRead(potPin);

  4. Ausgeben des Sensorwertes:

    Gibt den aktuellen Sensorwert zur Fehlerbehebung im Serial Monitor aus.

    Serial.println(sensorValue);

  5. Zuordnen des Sensorwertes:

    Wandelt den Sensorwert (0-1023) in einen Helligkeitswert um, der für die PWM-Ausgabe geeignet ist (0-255).

    int brightness = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255);

  6. Einstellen der LED-Helligkeit:

    Stellt die Helligkeit der LED ein, indem der PWM-Tastgrad am ledPin (GP15) eingestellt wird.

    analogWrite(ledPin, brightness);

  7. Hinzufügen einer kleinen Verzögerung:

    Eine kurze Verzögerung, um die Messwerte zu stabilisieren und zu verhindern, dass die Schleife zu schnell läuft.

    delay(10);

Weiterführende Erkundungen

  • Spannung anzeigen: Modifizieren Sie den Code, um die tatsächlich gelesene Spannung vom Potentiometer zu berechnen und anzuzeigen.

    // Definieren der Pins
const int potPin = 28;  // Potentiometer an GP28 (ADC2) angeschlossen
const int ledPin = 15;  // LED an GP15 angeschlossen (PWM-fähig)

void setup() {
  // Initialisieren der seriellen Kommunikation zur Fehlerbehebung
  Serial.begin(115200);
  // Einrichten des LED-Pins als Ausgang
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Lesen des analogen Wertes vom Potentiometer (0-1023)
  int sensorValue = analogRead(potPin);

  // Ausgeben des Sensorwertes zur Fehlerbehebung
  Serial.println(sensorValue);

  // Berechnen und anzeigen der tatsächlichen Spannung
  float voltage = sensorValue * (3.3 / 1023.0);
  Serial.print("Spannung: ");
  Serial.print(voltage);
  Serial.println(" V");

  // Zuordnen des Sensorwertes zu einem PWM-Wert (0-255)
  int brightness = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255);
  // Einstellen der Helligkeit der LED
  analogWrite(ledPin, brightness);

  // Kleine Verzögerung für Stabilität
  delay(10);
}

  • Mehrere LEDs steuern: Verwenden Sie mehrere Potentiometer, um verschiedene LEDs oder Farben einer RGB-LED zu steuern.

  • Verwendung mit anderen Sensoren: Ersetzen Sie das Potentiometer durch einen anderen analogen Sensor, wie z.B. einen lichtabhängigen Widerstand (LDR), um die LED in Abhängigkeit vom Umgebungslicht zu steuern.

Erläuterung der Konzepte

  • Analog-Digital-Umsetzung (ADC):

    • Der ADC im Pico wandelt die analoge Spannung vom Potentiometer in einen digitalen Wert um.

    • Der Spannungsbereich von 0V bis 3.3V wird in einen numerischen Wert zwischen 0 und 1023 umgewandelt.

  • Pulsweitenmodulation (PWM):

    • PWM ist eine Technik, die verwendet wird, um eine analoge Spannung zu simulieren, indem ein digitaler Pin schnell zwischen den Zuständen HOCH und NIEDRIG geschaltet wird.

    • Durch Anpassen des Anteils der Zeit, in der das Signal HOCH ist (Tastverhältnis), können wir Geräte wie LEDs und Motoren steuern.

  • Wertezuordnung:

    • Die Funktion map() skaliert einen Bereich von Werten auf einen anderen.

    • In diesem Fall ordnen wir den Bereich 0-1023 des Potentiometers dem PWM-Bereich 0-255 zu.

Fazit

In dieser Lektion haben Sie gelernt, wie man analogen Eingang von einem Potentiometer mit dem ADC des Raspberry Pi Pico liest und diesen Eingang nutzt, um die Helligkeit einer LED über PWM zu steuern. Diese grundlegende Fähigkeit ermöglicht es Ihnen, mit einer Vielzahl von analogen Sensoren zu arbeiten und Ausgänge proportional zu steuern.