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4.1.11 Batterieanzeige (MCP3008)

Bemerkung

../_images/mcp3008_and_adc0834.jpg

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

Einführung

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

Warnung

Verwende keine Batteriekomponenten, die 3,3 V überschreiten, um eine Überlastung zu vermeiden, die den Chip oder den Raspberry Pi beschädigen könnte.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten:

../_images/list2_Battery_Indicator.png

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

Name

ENTHALTENE ARTIKEL

LINK

Raphael Kit

337

Raphael Kit

Du kannst sie auch separat 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

physical

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 Schritte

Schritt 1: Baue die Schaltung auf.

../_images/july24_3.1.5_battery_indicator_mcp3008.png

Schritt 2: Richte die SPI-Schnittstelle ein und installiere die Bibliothek spidev (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 4.1.11-2_BatteryIndicator.py

Nachdem das Programm läuft, verbinde den 3. Pin des MCP3008 und GND mit den beiden Polen einer Batterie. Du wirst sehen, dass die entsprechende LED auf der LED-Balkenanzeige aufleuchtet, um den Ladezustand anzuzeigen (Messbereich: 0–5 V).

Warnung

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

Code

Bemerkung

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

#!/usr/bin/env python3

import RPi.GPIO as GPIO
import spidev
import time

# GPIO-Pins für 10 LEDs (von links nach rechts)
led_pins = [25, 12, 16, 20, 21, 5, 6, 13, 19, 26]  # BCM-Nummerierung

# GPIO einrichten
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
for pin in led_pins:
    GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
    GPIO.output(pin, GPIO.LOW)

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

# Wert von MCP3008-Kanal lesen
def read_adc(channel):
    if channel < 0 or channel > 7:
        return -1
    r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
    value = ((r[1] & 0x03) << 8) | r[2]
    return value

# LEDs entsprechend dem Wert steuern
def led_bar_graph(level):
    for i, pin in enumerate(led_pins):
        if i < level:
            GPIO.output(pin, GPIO.HIGH)
        else:
            GPIO.output(pin, GPIO.LOW)

# Hauptschleife
try:
    while True:
        analog_val = read_adc(0)  # Kanal 0 lesen
        level = int(analog_val * 10 / 1023)
        led_bar_graph(level)
        print(f"ADC: {analog_val}, Level: {level}")
        time.sleep(0.2)

except KeyboardInterrupt:
    pass

finally:
    for pin in led_pins:
        GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
    GPIO.cleanup()
    spi.close()

Code-Erklärung

Dieses Programm liest die analoge Spannung von einem MCP3008-ADC und zeigt das Ergebnis auf einer 10-LED-Balkenanzeige unter Verwendung des Raspberry Pi (BCM-Pinlayout) an.

  1. Module importieren

    • RPi.GPIO zur Steuerung der GPIO-Pins des Raspberry Pi.

    • spidev zur Kommunikation mit dem MCP3008 über SPI.

    • time für Verzögerungen.

    import RPi.GPIO as GPIO
import spidev
import time

  2. GPIO-LED-Setup

    Eine Liste mit 10 GPIO-Pins wird für die LED-Steuerung definiert. Diese Pins werden als Ausgang konfiguriert und auf LOW (aus) gesetzt.

    led_pins = [25, 12, 16, 20, 21, 5, 6, 13, 19, 26]
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
for pin in led_pins:
    GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
    GPIO.output(pin, GPIO.LOW)

  3. SPI-Initialisierung

    Initialisiert SPI-Bus 0 und Chip Enable 0 (CE0) zur Kommunikation mit dem MCP3008. Die Geschwindigkeit wird auf 1 MHz eingestellt.

    spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 1000000

  4. ADC-Lesefunktion

    Liest einen analogen Wert von einem angegebenen MCP3008-Kanal (0–7). Es wird ein 3-Byte-SPI-Befehl gesendet und das 10-Bit-Ergebnis decodiert.

    def read_adc(channel):
    if channel < 0 or channel > 7:
        return -1
    r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
    value = ((r[1] & 0x03) << 8) | r[2]
    return value

  5. LED-Balkenanzeige

    Schaltet die LEDs je nach Pegel ein. Wenn der Pegel 7 beträgt, leuchten die ersten 7 LEDs, die restlichen sind aus.

    def led_bar_graph(level):
    for i, pin in enumerate(led_pins):
        if i < level:
            GPIO.output(pin, GPIO.HIGH)
        else:
            GPIO.output(pin, GPIO.LOW)

  6. Hauptschleife

    Liest kontinuierlich den analogen Eingang von Kanal 0, skaliert das Ergebnis auf einen Wert von 0 bis 10 und aktualisiert die LED-Anzeige entsprechend. Außerdem werden ADC- und Pegelwerte zur Überwachung ausgegeben.

    while True:
    analog_val = read_adc(0)
    level = int(analog_val * 10 / 1023)
    led_bar_graph(level)
    print(f"ADC: {analog_val}, Level: {level}")
    time.sleep(0.2)

  7. Aufräumen beim Beenden

    Bei Ctrl+C werden alle LEDs ausgeschaltet, die GPIO-Pins zurückgesetzt und die SPI-Schnittstelle geschlossen.

    except KeyboardInterrupt:
    pass

finally:
    for pin in led_pins:
        GPIO.output(pin, GPIO.LOW)
    GPIO.cleanup()
    spi.close()