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4.1.8 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 Batteriestand visuell auf der LED-Bargraph-Anzeige darstellen kann.
Warnung
Verwenden Sie keine Batteriekomponenten, die 3,3 V überschreiten, um eine Überlastung zu vermeiden, die den Chip oder den Raspberry Pi beschädigen könnte.
Benötigte Komponenten
In diesem Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten:
Es ist auf jeden Fall bequem, ein komplettes Kit zu kaufen, hier ist der Link:
Name |
ELEMENTE IN DIESEM KIT |
LINK |
|---|---|---|
Raphael Kit |
337 |
Sie können diese Komponenten auch einzeln über die folgenden Links kaufen.
KOMPONENTENBESCHREIBUNG |
KAUFLINK |
|---|---|
- |
|
- |
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 |
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 Ordner mit dem Code.
cd ~/raphael-kit/python-pi5
Schritt 4: Führen Sie die ausführbare Datei aus.
sudo python3 4.1.11-2_Battery_indicator_zero.py
Nach dem Start des Programms schließen Sie das 3. Pin des MCP3008 und GND separat an die beiden Pole einer Batterie an. Sie können sehen, dass die entsprechenden LEDs auf dem LED-Bargraph aufleuchten, um den Ladezustand anzuzeigen (Messbereich: 0-5 V).
Warnung
Wenn die Fehlermeldung RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address erscheint, 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 LCD1602
from gpiozero import LED, Buzzer, Button
import spidev
import time
import math
# Initialize joystick button, buzzer, and LED
Joy_BtnPin = Button(22) # GPIO22, Pin15
buzzPin = Buzzer(23) # GPIO23, Pin16
ledPin = LED(24) # GPIO24, Pin18
# Set initial upper temperature threshold
upperTem = 40
# Initialize SPI for MCP3008 (Bus 0, CE0 -> GPIO8 / Pin24)
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)
spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz
# Initialize LCD (I2C address 0x27, backlight on)
LCD1602.init(0x27, 1)
def read_adc(channel):
"""
Read analog value from MCP3008
"""
if channel < 0 or channel > 7:
return -1
adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0])
value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2]
return value
def get_joystick_value():
"""
Reads the joystick values and returns a change value based on the joystick's position.
"""
x_val = read_adc(1)
y_val = read_adc(2)
if x_val > 800:
return 1
elif x_val < 200:
return -1
elif y_val > 800:
return -10
elif y_val < 200:
return 10
else:
return 0
def upper_tem_setting():
"""
Adjusts and displays the upper temperature threshold on the LCD.
"""
global upperTem
LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ')
change = int(get_joystick_value())
upperTem += change
strUpperTem = str(upperTem)
LCD1602.write(0, 1, strUpperTem)
LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, ' ')
time.sleep(0.1)
def temperature():
"""
Reads the current temperature from the sensor and returns it in Celsius.
"""
analogVal = read_adc(0)
Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0 # Voltage across the fixed resistor
if Vr == 0:
return 0 # Prevent division by zero
Rt = 10000.0 * (3.3 - Vr) / Vr # Adjusted formula: thermistor voltage is (3.3 - Vr)
temp = 1 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1 / (273.15 + 25.0)))
Cel = temp - 273.15
return round(Cel, 2)
def monitoring_temp():
"""
Monitors and displays the current temperature and upper temperature threshold.
Activates buzzer and LED if the temperature exceeds the upper limit.
"""
global upperTem
Cel = temperature()
LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ')
LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ')
LCD1602.write(6, 0, str(Cel))
LCD1602.write(7, 1, str(upperTem))
time.sleep(0.1)
if Cel >= upperTem:
buzzPin.on()
ledPin.on()
else:
buzzPin.off()
ledPin.off()
# Main execution loop
try:
lastState = 1
stage = 0
while True:
currentState = Joy_BtnPin.value
if currentState == 1 and lastState == 0:
stage = (stage + 1) % 2
time.sleep(0.1)
LCD1602.clear()
lastState = currentState
if stage == 1:
upper_tem_setting()
else:
monitoring_temp()
except KeyboardInterrupt:
LCD1602.clear()
spi.close()
Code-Erklärung
Dieses Python-Programm läuft auf einem Raspberry Pi. Es verwendet einen MCP3008 Analog-Digital-Wandler, um Temperaturdaten von einem analogen Sensor zu lesen. Ein Joystick wird verwendet, um den Temperaturschwellenwert anzupassen, und ein LCD1602-Display zeigt die aktuelle Temperatur und den Schwellenwert an. Ein Summer und eine LED werden ausgelöst, wenn die Temperatur den Schwellenwert überschreitet.
Import der benötigten Bibliotheken
#!/usr/bin/env python3 import RPi.GPIO as GPIO import spidev import time import math import LCD1602
RPi.GPIOis used for controlling GPIO pins.spidevcommunicates with MCP3008 using SPI.mathis needed for temperature conversion calculations.LCD1602controls the LCD display.
Nutzt
RPi.GPIOfür GPIO-Steuerung,spidevfür die Kommunikation mit dem MCP3008,mathfür Berechnungen undLCD1602für die LCD-Anzeige.GPIO-Setup
JOY_BTN_PIN = 22 BUZZER_PIN = 23 LED_PIN = 24 GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(JOY_BTN_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) GPIO.setup(BUZZER_PIN, GPIO.OUT) GPIO.setup(LED_PIN, GPIO.OUT)
Initialisiert Pins für Joystick-Taste, Summer und LED mit Pull-up-Widerständen.
SPI- und LCD-Initialisierung
upperTem = 40 # Default temperature threshold spi = spidev.SpiDev() spi.open(0, 0) spi.max_speed_hz = 1000000 # 1 MHz LCD1602.init(0x27, 1)
Stellt SPI-Kommunikation mit MCP3008 und LCD1602 über I²C bereit.
ADC-Kanal lesen
def read_adc(channel): if channel < 0 or channel > 7: return -1 adc = spi.xfer2([1, (8 + channel) << 4, 0]) value = ((adc[1] & 0x03) << 8) | adc[2] return value
Funktion zum Auslesen von analogen Werten vom MCP3008 (0–7) und Rückgabe eines 10-Bit-Wertes (0–1023).
Joystick-Eingaben
def get_joystick_value(): x_val = read_adc(1) y_val = read_adc(2) if x_val > 800: return 1 elif x_val < 200: return -1 elif y_val > 800: return -10 elif y_val < 200: return 10 else: return 0
Liest X- und Y-Richtung des Joysticks und gibt Änderungen des Schwellenwerts aus.
Schwellenwert anpassen
def upper_tem_setting(): global upperTem LCD1602.write(0, 0, 'Upper Adjust: ') change = int(get_joystick_value()) upperTem += change strUpperTem = str(upperTem) LCD1602.write(0, 1, strUpperTem) LCD1602.write(len(strUpperTem), 1, ' ') time.sleep(0.1)
Ermöglicht das Anpassen des Temperaturschwellenwertes über den Joystick und zeigt den Wert auf dem LCD an.
Temperaturberechnung
def temperature(): analogVal = read_adc(0) Vr = 3.3 * analogVal / 1023.0 if Vr == 0: return 0 Rt = 10000.0 * (3.3 - Vr) / Vr tempK = 1.0 / (((math.log(Rt / 10000.0)) / 3950.0) + (1.0 / (273.15 + 25.0))) Cel = tempK - 273.15 return round(Cel, 2)
Wandelt die Spannung in Widerstand um und berechnet die Temperatur mithilfe der Steinhart-Hart-Gleichung.
Überwachungsmodus
def monitoring_temp(): global upperTem Cel = temperature() LCD1602.write(0, 0, 'Temp: ') LCD1602.write(0, 1, 'Upper: ') LCD1602.write(6, 0, str(Cel)) LCD1602.write(7, 1, str(upperTem)) time.sleep(0.1) if Cel >= upperTem: GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.HIGH) GPIO.output(LED_PIN, GPIO.HIGH) else: GPIO.output(BUZZER_PIN, GPIO.LOW) GPIO.output(LED_PIN, GPIO.LOW)
Zeigt aktuelle Temperatur und Schwellenwert an und aktiviert Summer und LED bei Überschreitung des Grenzwerts.
Hauptschleife
try: lastState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN) stage = 0 while True: currentState = GPIO.input(JOY_BTN_PIN) if currentState == GPIO.HIGH and lastState == GPIO.LOW: stage = (stage + 1) % 2 time.sleep(0.1) LCD1602.clear() lastState = currentState if stage == 1: upper_tem_setting() else: monitoring_temp()
Schaltet zwischen Schwellenwertanpassung und Temperaturüberwachung um (über Joystick-Taste).
Aufräumen beim Beenden
except KeyboardInterrupt: pass finally: LCD1602.clear() GPIO.cleanup() spi.close() Stellt sicher, dass GPIOs zurückgesetzt, das LCD gelöscht und SPI sauber geschlossen wird, wenn das Programm beendet wird (z. B. mit Strg+C).