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2.2.1 Fotowiderstand (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

Der Fotowiderstand ist ein häufig verwendetes Bauteil zur Erfassung der Umgebungslichtintensität. Er hilft dem Controller, Tag und Nacht zu erkennen und Lichtsteuerungsfunktionen wie Nachtlampen zu realisieren. Dieses Projekt ähnelt sehr dem Potentiometer, wobei Sie vielleicht denken, dass es die Spannung ändert, um Licht zu erfassen.

Benötigte Komponenten

In diesem Projekt benötigen wir die folgenden 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 sie auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

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

Schaltplan

T-Board Name	Physikalisch	WiringPi	BCM
SPICE0	Pin24	10	8
SPIMOSI	Pin19	12	10
SPIMISO	Pin21	13	9
SPISCLK	Pin23	14	11
GPIO22	Pin15	3	22

Experimentelle Verfahren

Schritt 1: Bauen Sie die Schaltung auf.

Schritt 2: Richten Sie die SPI-Schnittstelle ein und installieren Sie die spidev-Bibliothek (siehe SPI-Konfiguration für detaillierte Anweisungen). Wenn Sie diese Schritte bereits abgeschlossen haben, können Sie diesen Schritt überspringen.

Schritt 3: Wechseln Sie in den Code-Ordner.

cd ~/raphael-kit/python-pi5

Schritt 4: Führen Sie die ausführbare Datei aus.

sudo python3 2.2.1-2_Photoresistor_zero.py

Wenn 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 angezeigt wird, lesen Sie bitte If gpiozero doesn’t work..

Code

Bemerkung

Sie können den untenstehenden Code Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen. Vorher müssen Sie jedoch zum Quellcodepfad wie raphael-kit/python-pi5 wechseln. Nach dem Ändern des Codes können Sie ihn direkt ausführen, um das Ergebnis zu sehen.

#!/usr/bin/env python3
import spidev
import time
from gpiozero import PWMLED

# Initialisiere eine PWM-LED auf GPIO-Pin 22
led = PWMLED(22)

# Initialisiere SPI-Kommunikation (Bus 0, CE0 -> GPIO8)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)  # Bus 0, CS0
spi.max_speed_hz = 1000000  # 1 MHz

# Funktion zum Lesen von MCP3008-Kanal (0–7)
def read_adc(channel):
    """
    Lese analogen Wert vom MCP3008 (0–1023)
    """
    if channel < 0 or channel > 7:
        return -1
    # MCP3008-Protokoll: Startbit, Single-Ended-Modus, Kanal (3 Bit), Füller
    r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
    value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
    return value

# Funktion zum Umrechnen von Werten aus einem Bereich in einen anderen
def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
    return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min

# Hauptschleife zum Lesen des ADC-Wertes und Steuern der LED-Helligkeit
def loop():
    while True:
        # Lese analogen Wert vom Kanal 0 des MCP3008
        analogVal = read_adc(0)
        print('Wert = %d' % analogVal)

        # 0–1023 auf PWM-Bereich 0.0–1.0 abbilden
        led.value = analogVal / 1023.0

        # 0,2 Sekunden warten
        time.sleep(0.2)

# Hauptschleife starten und KeyboardInterrupt abfangen
try:
    loop()
except KeyboardInterrupt:
    led.value = 0  # LED ausschalten vor Beenden

Code-Erklärung

1. Importiert die Klasse PWMLED aus der gpiozero-Bibliothek zum Steuern von PWM-LEDs, spidev für SPI-Kommunikation mit dem MCP3008 und time für Wartezeiten.

   import spidev
   import time
   from gpiozero import PWMLED
   

2. Initialisiert eine PWM-LED, die an GPIO-Pin 22 angeschlossen ist, und richtet die SPI-Schnittstelle für den MCP3008 ein (Bus 0, CE0). Die SPI-Taktrate wird auf 1 MHz gesetzt.

   led = PWMLED(22)
   spi = spidev.SpiDev()
   spi.open(0, 0)
   spi.max_speed_hz = 1000000
   

3. Definiert eine Funktion, um von einem bestimmten MCP3008-ADC-Kanal zu lesen. Es wird ein 3-Byte-Befehl über SPI gesendet und ein 10-Bit-Wert (0–1023) aus der Antwort extrahiert.

   def read_adc(channel):
       r = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
       value = ((r[1] & 3) << 8) | r[2]
       return value
   

4. Definiert eine Hilfsfunktion MAP(), die eine Zahl von einem Bereich in einen anderen umrechnet. Dies ist nützlich, um rohe ADC-Werte in geeignete PWM-Werte umzuwandeln.

   def MAP(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
       return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min
   

5. Implementiert eine Schleife, die wiederholt einen analogen Wert von Kanal 0 des MCP3008 liest, ihn in einen PWM-Helligkeitswert (0.0–1.0) umrechnet und diesen auf die LED anwendet. Die Schleife pausiert jeweils 0,2 Sekunden.

   def loop():
       while True:
           analogVal = read_adc(0)
           print('Wert = %d' % analogVal)
           led.value = analogVal / 1023.0
           time.sleep(0.2)
   

6. Führt die Schleife aus und behandelt KeyboardInterrupt sauber. Wenn der Benutzer das Programm beendet (Ctrl+C), wird die LED vor dem Beenden ausgeschaltet.

   try:
       loop()
   except KeyboardInterrupt:
       led.value = 0