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2.2.1 Fotowiderstand (MCP3008)

Bemerkung

Abhängig von deiner Kit-Version überprüfe bitte, ob du ADC0834 oder MCP3008 hast, und gehe entsprechend zum passenden Abschnitt.

Einführung

Der Fotowiderstand ist eine häufig verwendete Komponente zur Erfassung der Umgebungslichtintensität. Er hilft dem Controller, Tag und Nacht zu erkennen und Lichtsteuerungsfunktionen wie Nachtlampen zu realisieren. Dieses Projekt ist dem Potentiometer sehr ähnlich, und man kann sich vorstellen, dass es die Spannung ändert, um das Licht zu erfassen.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

../_images/list2_2.2.1_photoresistor.png

Es ist auf jeden Fall praktisch, ein komplettes Kit zu kaufen. Hier ist der Link:

Name	ARTIKEL IN DIESEM KIT	LINK
Raphael Kit	337	Raphael Kit

Du kannst sie auch separat über die folgenden Links kaufen.

KOMPONENTENVORSTELLUNG	KAUFLINK
GPIO Extension Board	KAUFEN
Steckbrett	KAUFEN
Jumper-Kabel	KAUFEN
Widerstand	KAUFEN
LED	KAUFEN
MCP3008	-
Fotowiderstand	KAUFEN

Schaltplan

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

../_images/schematic_2.2.1_photoresistor_mcp3008.png

Experimentelle Schritte

Schritt 1: Baue die Schaltung auf.

../_images/july24_2.2.1_photoresistor_mcp3008.png

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

Schritt 3: Wechsle in den Code-Ordner.

cd ~/raphael-kit/python

Schritt 4: Führe die ausführbare Datei aus.

sudo python3 2.2.1-2_photoresistor.py

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

Warnung

Wenn die Fehlermeldung RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address erscheint, siehe If gpiozero doesn’t work.

Code

Bemerkung

Du kannst den untenstehenden Code Bearbeiten/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen. Gehe zuvor in das Quellcodeverzeichnis wie raphael-kit/python. Nach Änderungen kannst du den Code direkt ausführen, um das Ergebnis zu sehen.

#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO
import spidev
import time

# GPIO-Pin für PWM-LED
PWM_PIN = 22

# GPIO einrichten
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(PWM_PIN, GPIO.OUT)

# PWM initialisieren (Frequenz = 1000Hz)
pwm = GPIO.PWM(PWM_PIN, 1000)
pwm.start(0)  # Start mit 0% Tastverhältnis

# SPI initialisieren (MCP3008 auf Bus 0, CE0)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

# Funktion zum Auslesen des MCP3008-ADC-Werts
def read_adc(channel):
    """
    Liest analogen Wert vom MCP3008 (Kanal 0–7)
    Rückgabe: 10-Bit-Wert (0–1023)
    """
    if channel < 0 or channel > 7:
        return -1
    r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
    value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
    return value

# Hauptschleife zum Auslesen des ADC und Einstellen der PWM-Helligkeit
try:
    while True:
        analogVal = read_adc(0)
        print(f"value = {analogVal}")

        # Skaliere den ADC-Wert (0–1023) auf das Tastverhältnis (0–100)
        duty_cycle = analogVal * 100 / 1023
        pwm.ChangeDutyCycle(duty_cycle)

        time.sleep(0.2)

except KeyboardInterrupt:
    pass

finally:
    pwm.stop()
    GPIO.cleanup()
    spi.close()

Code-Erklärung

Importiere die benötigten Bibliotheken:
- RPi.GPIO zur Steuerung der GPIO-Pins und Erzeugung von PWM-Signalen.
- spidev zur Kommunikation mit dem MCP3008-ADC über SPI.
- time zur Handhabung von Zeitverzögerungen.
```
#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO
import spidev
import time
```

Konfiguriere GPIO-Pin 22 als PWM-Ausgang im BCM-Modus. Initialisiere Software-PWM bei 1000 Hz mit einem Start-Tastverhältnis von 0 %.

# GPIO-Pin für PWM-LED
PWM_PIN = 22

# GPIO einrichten
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(PWM_PIN, GPIO.OUT)

# PWM initialisieren (Frequenz = 1000Hz)
pwm = GPIO.PWM(PWM_PIN, 1000)
pwm.start(0)  # Start mit 0% Tastverhältnis

Richte die SPI-Schnittstelle für die Kommunikation mit dem MCP3008 auf Bus 0, Chip Enable 0 (CE0) ein und konfiguriere die SPI-Geschwindigkeit auf 1 MHz.
```
# SPI initialisieren (MCP3008 auf Bus 0, CE0)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz
```

Definiere eine Funktion read_adc(channel), um analoge Werte vom MCP3008 auszulesen. Die Funktion sendet drei Bytes an den Chip und rekonstruiert einen 10-Bit-Analogwert (0–1023) aus der Antwort.

# Funktion zum Auslesen des MCP3008-ADC-Werts
def read_adc(channel):
    """
    Liest analogen Wert vom MCP3008 (Kanal 0–7)
    Rückgabe: 10-Bit-Wert (0–1023)
    """
    if channel < 0 or channel > 7:
        return -1
    r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
    value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
    return value

Dies ist die Hauptschleife, die: - den analogen Eingang von Kanal 0 des MCP3008 liest, - den Wert in ein PWM-Tastverhältnis (0–100 %) umwandelt, - die Helligkeit der LED mit pwm.ChangeDutyCycle() anpasst - und dies alle 0,2 Sekunden wiederholt.

# Hauptschleife zum Auslesen des ADC und Einstellen der PWM-Helligkeit
try:
    while True:
        analogVal = read_adc(0)
        print(f"value = {analogVal}")

        # Skaliere den ADC-Wert (0–1023) auf das Tastverhältnis (0–100)
        duty_cycle = analogVal * 100 / 1023
        pwm.ChangeDutyCycle(duty_cycle)

        time.sleep(0.2)

Wenn das Programm mit Strg+C unterbrochen wird, werden PWM und GPIO ordnungsgemäß beendet und die SPI-Schnittstelle geschlossen.
```
except KeyboardInterrupt:
    pass

finally:
    pwm.stop()
    GPIO.cleanup()
    spi.close()
```