.. note::
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.. _4.1.7_py_pi5:
4.1.4 Zählgerät
=======================
Einführung
-----------------
Hier erstellen wir ein Zählsystem mit Anzeige, bestehend aus einem
PIR-Sensor und einer 4-stelligen Segmentanzeige. Wenn der PIR erkennt,
dass jemand vorbeigeht, wird die Zahl auf der 4-stelligen Segmentanzeige
um 1 erhöht. Sie können diesen Zähler verwenden, um die Anzahl der Personen zu zählen, die durch einen Durchgang gehen.
Benötigte Komponenten
------------------------------
Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten.
.. image:: ../python_pi5/img/4.1.7_counting_device_list_1.png
:align: center
.. image:: ../python_pi5/img/4.1.7_counting_device_list_2.png
:align: center
Es ist definitiv praktisch, ein ganzes Kit zu kaufen, hier ist der Link:
.. list-table::
:widths: 20 20 20
:header-rows: 1
* - Name
- ARTIKEL IN DIESEM KIT
- LINK
* - Raphael Kit
- 337
- |link_Raphael_kit|
Sie können diese auch separat über die untenstehenden Links kaufen.
.. list-table::
:widths: 30 20
:header-rows: 1
* - KOMPONENTENVORSTELLUNG
- KAUF-LINK
* - :ref:`cpn_gpio_board`
- |link_gpio_board_buy|
* - :ref:`cpn_breadboard`
- |link_breadboard_buy|
* - :ref:`cpn_wires`
- |link_wires_buy|
* - :ref:`cpn_resistor`
- |link_resistor_buy|
* - :ref:`cpn_4_digit`
- \-
* - :ref:`cpn_74hc595`
- |link_74hc595_buy|
* - :ref:`cpn_pir`
- \-
Schaltplan
----------------------
============ ======== ======== ===
T-Board Name physical wiringPi BCM
GPIO17 Pin 11 0 17
GPIO27 Pin 13 2 27
GPIO22 Pin 15 3 22
SPIMOSI Pin 19 12 10
GPIO18 Pin 12 1 18
GPIO23 Pin 16 4 23
GPIO24 Pin 18 5 24
GPIO26 Pin 37 25 26
============ ======== ======== ===
.. image:: ../python_pi5/img/4.1.7_counting_device_schematic.png
:align: center
Experimentelle Verfahren
-----------------------------
**Schritt 1**: Bauen Sie den Schaltkreis.
.. image:: ../python_pi5/img/4.1.7_counting_device_circuit.png
**Schritt 2**: Wechseln Sie in den Ordner des Codes.
.. raw:: html
.. code-block::
cd ~/raphael-kit/python-pi5
**Schritt 3**: Führen Sie die ausführbare Datei aus.
.. raw:: html
.. code-block::
sudo python3 4.1.7_CountingDevice_zero.py
Nachdem der Code ausgeführt wurde, wird die Zahl auf der 4-stelligen Segmentanzeige um 1 erhöht, wenn der PIR erkennt, dass jemand vorbeigeht.
Es gibt zwei Potentiometer am PIR-Modul: eines zur Einstellung der Empfindlichkeit und das andere zur Einstellung der Erkennungsdistanz. Um das PIR-Modul besser zu nutzen, sollten Sie beide gegen den Uhrzeigersinn bis zum Anschlag drehen.
.. image:: ../python_pi5/img/4.1.7_PIR_TTE.png
:width: 400
:align: center
.. warning::
Wenn die Fehlermeldung ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` angezeigt wird, lesen Sie bitte :ref:`faq_soc`
**Code**
.. note::
Sie können den untenstehenden Code **modifizieren/zurücksetzen/kopieren/ausführen/stoppen**. Bevor Sie dies tun, müssen Sie zum Quellcodepfad wie ``raphael-kit/python-pi5`` gehen. Nach der Änderung des Codes können Sie ihn direkt ausführen, um die Auswirkung zu sehen.
.. raw:: html
.. code-block:: python
#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice, MotionSensor
# Initialize PIR motion sensor on GPIO 26
pir = MotionSensor(26)
# Initialize shift register pins
SDI = OutputDevice(24) # Serial Data Input
RCLK = OutputDevice(23) # Register Clock Input
SRCLK = OutputDevice(18) # Shift Register Clock Input
# Initialize 7-segment display pins
placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]
# Define digit codes for 7-segment display
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)
# Counter for the displayed number
counter = 0
def clearDisplay():
# Clears the display by setting all segments off
for _ in range(8):
SDI.on()
SRCLK.on()
SRCLK.off()
RCLK.on()
RCLK.off()
def hc595_shift(data):
# Shifts data into the 74HC595 shift register
for i in range(8):
SDI.value = 0x80 & (data << i)
SRCLK.on()
SRCLK.off()
RCLK.on()
RCLK.off()
def pickDigit(digit):
# Activates a specific digit of the 7-segment display
for pin in placePin:
pin.off()
placePin[digit].on()
def display():
# Updates the display with the current counter value
global counter
clearDisplay()
pickDigit(0)
hc595_shift(number[counter % 10])
clearDisplay()
pickDigit(1)
hc595_shift(number[counter % 100//10])
clearDisplay()
pickDigit(2)
hc595_shift(number[counter % 1000//100])
clearDisplay()
pickDigit(3)
hc595_shift(number[counter % 10000//1000])
def loop():
# Main loop to update display and check for motion
global counter
currentState = 0
lastState = 0
while True:
display()
currentState = 1 if pir.motion_detected else 0
if currentState == 1 and lastState == 0:
counter += 1
lastState = currentState
try:
loop()
except KeyboardInterrupt:
# Turn off all pins when the script is interrupted
SDI.off()
SRCLK.off()
RCLK.off()
pass
**Code-Erklärung**
#. Diese Zeile importiert die Klassen ``OutputDevice`` und ``MotionSensor`` aus der Bibliothek ``gpiozero``. ``OutputDevice`` kann eine LED, ein Motor oder jedes Gerät sein, das Sie als Ausgang steuern möchten. Der ``MotionSensor`` ist in der Regel ein PIR (Passiver Infrarotsensor), der zur Bewegungserkennung verwendet wird.
.. code-block:: python
#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice, MotionSensor
#. Initialisiert den PIR-Bewegungssensor, der mit dem GPIO-Pin 26 verbunden ist.
.. code-block:: python
# Initialize PIR motion sensor on GPIO 26
pir = MotionSensor(26)
#. Initialisiert GPIO-Pins, die mit dem Serial Data Input (SDI), Register Clock Input (RCLK) und Shift Register Clock Input (SRCLK) des Schieberegisters verbunden sind.
.. code-block:: python
# Initialize shift register pins
SDI = OutputDevice(24) # Serial Data Input
RCLK = OutputDevice(23) # Register Clock Input
SRCLK = OutputDevice(18) # Shift Register Clock Input
#. Initialisiert die Pins für jede Ziffer der 7-Segment-Anzeige und definiert die Binärcodes für die Anzeige der Zahlen 0-9.
.. code-block:: python
# Initialize 7-segment display pins
placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]
# Define digit codes for 7-segment display
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)
#. Löscht die 7-Segment-Anzeige, indem alle Segmente ausgeschaltet werden, bevor die nächste Ziffer angezeigt wird.
.. code-block:: python
def clearDisplay():
# Clears the display by setting all segments off
for _ in range(8):
SDI.on()
SRCLK.on()
SRCLK.off()
RCLK.on()
RCLK.off()
#. Verschiebt ein Byte Daten in das 74HC595-Schieberegister, um die Anzeigesegmente zu steuern.
.. code-block:: python
def hc595_shift(data):
# Shifts data into the 74HC595 shift register
for i in range(8):
SDI.value = 0x80 & (data << i)
SRCLK.on()
SRCLK.off()
RCLK.on()
RCLK.off()
#. Wählt aus, welche Ziffer der 7-Segment-Anzeige aktiviert werden soll. Jede Ziffer wird durch einen separaten GPIO-Pin gesteuert.
.. code-block:: python
def pickDigit(digit):
# Activates a specific digit of the 7-segment display
for pin in placePin:
pin.off()
placePin[digit].on()
#. Startet die Anzeige zunächst für die Einerziffer, gefolgt von der Aktivierung der Anzeige für die Zehnerziffer. Anschließend werden die Anzeigen für die Hunderter- und Tausenderziffern in der Reihenfolge aktiviert. Diese schnelle Abfolge von Aktivierungen erzeugt die Illusion einer kontinuierlichen vierstelligen Anzeige.
.. code-block:: python
def display():
# Updates the display with the current counter value
global counter
clearDisplay()
pickDigit(0)
hc595_shift(number[counter % 10])
clearDisplay()
pickDigit(1)
hc595_shift(number[counter % 100//10])
clearDisplay()
pickDigit(2)
hc595_shift(number[counter % 1000//100])
clearDisplay()
pickDigit(3)
hc595_shift(number[counter % 10000//1000])
#. Definiert die Hauptschleife, in der die Anzeige kontinuierlich aktualisiert und der Zustand des PIR-Sensors überprüft wird. Wenn eine Bewegung erkannt wird, wird der Zähler erhöht.
.. code-block:: python
def loop():
# Main loop to update display and check for motion
global counter
currentState = 0
lastState = 0
while True:
display()
currentState = 1 if pir.motion_detected else 0
if currentState == 1 and lastState == 0:
counter += 1
lastState = currentState
#. Führt die Hauptschleife aus und stellt sicher, dass das Skript mit einem Tastaturbefehl (Ctrl+C) unterbrochen werden kann, wobei alle Pins für einen sauberen Ausstieg ausgeschaltet werden.
.. code-block:: python
try:
loop()
except KeyboardInterrupt:
# Turn off all pins when the script is interrupted
SDI.off()
SRCLK.off()
RCLK.off()
pass