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3.1.5 Batterieanzeige (MCP3008)

Bemerkung

Abhängig von Ihrer Kit-Version identifizieren Sie bitte, ob Sie ADC0834 oder MCP3008 haben, und fahren Sie mit dem entsprechenden Abschnitt fort.

Einführung

In diesem Projekt erstellen wir ein Batterieanzeigegerät, das den Ladezustand einer Batterie visuell auf einer LED-Balkenanzeige darstellt.

Warnung

Verwenden Sie keine Batteriekomponenten, die mehr als 3,3 V überschreiten, um Überlastung zu vermeiden, die den Chip oder den Raspberry Pi beschädigen könnte.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Komponenten.

Es ist definitiv bequem, ein komplettes Kit zu kaufen. Hier ist der Link:

Name	ELEMENTE IN DIESEM KIT	LINK
Raphael Kit	337	Raphael Kit

Sie können die Komponenten auch einzeln über die folgenden Links kaufen:

KOMPONENTENBESCHREIBUNG	KAUFLINK
GPIO Extension Board	KAUFEN
Steckbrett	KAUFEN
Jumper-Kabel	KAUFEN
Widerstand	KAUFEN
LED-Balkendiagramm	-
MCP3008	-

Schaltplan

T-Board-Name	Physikal	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

../_images/schematic_battery_indicator_mcp3008.png

Experimentelle Verfahren

Schritt 1: Schließen Sie den Stromkreis an.

../_images/july24_3.1.5_battery_indicator_mcp3008.png

Schritt 2: Wechseln Sie in den Code-Ordner.

cd ~/raphael-kit/c/3.1.5-2/

Schritt 3: Kompilieren Sie den Code.

gcc 3.1.5_BatteryIndicator.c -lwiringPi

Schritt 4: Führen Sie die ausführbare Datei aus.

sudo ./a.out

Nach dem Start des Programms verbinden Sie den 3. Pin des MCP3008 und GND mit den beiden Polen einer Batterie. Sie sehen, dass die entsprechende LED auf der LED-Balkenanzeige leuchtet, um den Ladezustand anzuzeigen (Messbereich: 0–5 V).

Bemerkung

Wenn es nach dem Ausführen nicht funktioniert oder die Fehlermeldung „wiringPi.h: No such file or directory“ angezeigt wird, lesen Sie bitte Installieren und Überprüfen von WiringPi.

Code

#include <wiringPi.h>
#include <wiringPiSPI.h>
#include <stdio.h>

#define SPI_CHANNEL 0
#define SPI_SPEED   1000000  // 1MHz
#define VREF        3.3

int pins[10] = {6, 26, 27, 28, 29, 21, 22, 23, 24, 25};

int read_ADC(int channel)
{
    if (channel < 0 || channel > 7) return -1;

    unsigned char buffer[3];
    buffer[0] = 1;  // Startbit
    buffer[1] = (8 + channel) << 4;  // Single-Ended-Modus
    buffer[2] = 0;

    wiringPiSPIDataRW(SPI_CHANNEL, buffer, 3);

    int value = ((buffer[1] & 3) << 8) | buffer[2];
    return value;
}

void LedBarGraph(int value) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        if (i < value)
            digitalWrite(pins[i], HIGH);
        else
            digitalWrite(pins[i],LOW);
    }
}

int main(void)
{
    if (wiringPiSetup() == -1) {
        printf("setup wiringPi failed!\n");
        return 1;
    }

    if (wiringPiSPISetup(SPI_CHANNEL, SPI_SPEED) == -1) {
        printf("SPI setup failed!\n");
        return 1;
    }

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        pinMode(pins[i], OUTPUT);
        digitalWrite(pins[i], HIGH);
    }

    while (1) {
        int analogVal = read_ADC(0);  // MCP3008 CH0
        if (analogVal < 0) continue;

        float voltage = analogVal * VREF / 1023.0;
        int level = analogVal * 10 / 1024;
        if (level > 10) level = 10;

        LedBarGraph(level);

        printf("ADC Value: %d\tVoltage: %.2f V\tLevel: %d\n", analogVal, voltage, level);

        delay(200);
    }

    return 0;
}

Code-Erklärung

int read_ADC(int channel) { ... }

Diese Funktion liest analoge Werte vom MCP3008-ADC-Chip über SPI. Der Parameter channel wählt einen der acht analogen Eingänge (CH0–CH7) aus. Der MCP3008 gibt einen 10-Bit-Digitalwert zwischen 0 und 1023 zurück, der die analoge Spannung darstellt.

void LedBarGraph(int value) { ... }

Diese Funktion steuert eine LED-Balkenanzeige mit 10 LEDs. Jede LED repräsentiert ein Zehntel des Spannungsbereichs. Die LEDs werden der Reihe nach bis zum angegebenen Level eingeschaltet.

Hinweis: Diese Version geht davon aus, dass die LED-Anoden mit GPIOs verbunden sind und die Kathoden an GND liegen (aktive HIGH-Schaltung).

int main(void) { ... }

Die Hauptprogrammlogik:

Initialisiert WiringPi und die SPI-Kommunikation.
Setzt die GPIO-Pins als Ausgänge zur Steuerung der 10-LED-Balkenanzeige.
Liest kontinuierlich die analoge Spannung über MCP3008 (CH0).
Wandelt den Messwert unter Verwendung von VREF = 3,3 V in eine Spannung um.
Skaliert die Spannung auf einen 0–10 Level-Balken und schaltet die entsprechenden LEDs ein.
Gibt den Roh-ADC-Wert, die Spannung (in Volt) und den LED-Level über die serielle Konsole aus.

Dies fungiert als visuelle Batterieanzeige oder als einfaches analoges Voltmeter.