树莓派基础实验13:雨滴探测传感器实验

时间:2022-07-25
本文章向大家介绍树莓派基础实验13:雨滴探测传感器实验,主要内容包括其使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项,具有一定的参考价值,需要的朋友可以参考一下。

一、介绍

   雨滴传感器或雨滴检测传感器,用于检测是否下雨以及降雨,广泛用于汽车的雨刷系统,智能照明系统和天窗系统。


二、组件

★Raspberry Pi 3主板*1

★树莓派电源*1

★40P软排线*1

★PCF8591模数转换器模块*1

★雨滴传感器模块*1

★面包板*1

★跳线若干

三、实验原理

雨滴检测传感器

雨滴检测传感器原理图

  在雨滴系统中,用雨滴传感器检测降雨量,并转换控制器检测到的信号。然后根据这些信号自动设置雨刮器的时间隔,以方便地控制雨刮器的电机。在智能照明系统中,自动检测驾驶环境并调整照明模式,提高恶劣环境下的行车安全。在智能天窗系统中,检测是否下雨,如果检测到雨滴就自动关闭天窗。   有两根金属线彼此靠近,但不会在雨水检测板上交叉。当雨水落在电路板上时,两根金属线会导通。因此两根金属线之间会有电压。

  控制板上有两个指示灯,电源指示灯PWR-LED和输出信号指示灯DO-LED。电源指示灯在通电后常亮,没有雨的时候出信号指示灯不亮;雨滴上去,候出信号指示灯亮。雨滴板和控制板是分开的,方便将线引出,大面积的雨滴板,更有利于检测到雨水。

  控制板上有两个输出,数字输出DO,模拟输出AO。接上5V电源电源灯亮,感应板上没有水滴时,DO输出为高电平,滴上一滴水,DO输出为低电平,刷掉上面的水滴,又恢复到输出高电平状态,灵敏度可以通过蓝色的可变电阻调节。

  AO模拟输出,连接到PCF8591的模拟输入AIN0口,通过比对模拟值转化为的数字值大小,可以检测滴在上面的雨量大小,雨水越大,电阻值越小,模拟值转化为的数字值越小。数字值的范围当然是0~255, 不同的值对应是降雨量的多少毫米,则需要实体测量,雨滴板的放置方式不同结果都不同,本文不作研究。

四、实验步骤

第1步:连接电路。

树莓派

T型转接板

PCF8591模块

SDA

SDA

SDA

SCL

SCL

SCL

5V

5V

VCC

GND

GND

GND

雨滴传感器调理板

T型转接板

PCF8591模块

DO

G17

*

AO

*

AIN0

VCC

5V

VCC

GND

GND

GND

雨滴探测传感器实验原理图

雨滴探测传感器实验实物接线图

第2步:PCF8591模块采用的是I2C(IIC)总线进行通信的,但是在树莓派的镜像中默认是关闭的,在使用该传感器的时候,我们必须首先允许IIC总线通信。

打开I2C总线通信

第3步:开始编程。这里先编写一个PCF8591.py库文件,后面再编写一个python程序引入这个库文件。   PCF8591.py库文件就是PCF8591模块的程序,单独编写是为了便于重用。在这个脚本中,我们使用了一个放大器用于模拟输入和一个LED灯用于模拟输出,模拟输入不能超过3.3V!   该程序也可以单独运行,用于测试3个电阻模块的功能。需用短路帽连接AIN0和INPUT0(电位计模块),连接AIN1和INPUT1(光敏电阻模块),以及连接AIN2和INPUT2(热敏电阻模块)。   连接LED灯,AIN0(模拟输入0)端口用于接收来自电位计模块的模拟信号,AOUT(模拟输出)用于将模拟信号输出到双色LED模块,以便改变LED的亮度。   PCF8591的详细内容请查看树莓派基础实验12:PCF8591模数转换器实验

#!/usr/bin/env python
#------------------------------------------------------
#
#       您可以使用下面语句将此脚本导入另一个脚本:
#           “import PCF8591 as ADC”                
#   
#   ADC.Setup(Address)  # 查询PCF8591的地址:“sudo i2cdetect -y 1”
# i2cdetect  is  a  userspace  program to scan an I2C bus for devices.
# It outputs a table with the list of detected devices on the specified bus.
#   ADC.read(channal)   # Channal范围从0到3 
#   ADC.write(Value)    # Value范围从0到255
#
#------------------------------------------------------
#SMBus (System Management Bus,系统管理总线) 
import smbus   #在程序中导入“smbus”模块
import time

# for RPI version 1, use "bus = smbus.SMBus(1)"
# 0 代表 /dev/i2c-0, 1 代表 /dev/i2c-1 ,具体看使用的树莓派那个I2C来决定
bus = smbus.SMBus(1)         #创建一个smbus实例

#在树莓派上查询PCF8591的地址:“sudo i2cdetect -y 1”
def setup(Addr):
    global address
    address = Addr

def read(chn): #channel
    if chn == 0:
        bus.write_byte(address,0x40)   #发送一个控制字节到设备
    if chn == 1:
        bus.write_byte(address,0x41)
    if chn == 2:
        bus.write_byte(address,0x42)
    if chn == 3:
        bus.write_byte(address,0x43)
    bus.read_byte(address)         # 从设备读取单个字节,而不指定设备寄存器。
    return bus.read_byte(address)  #返回某通道输入的模拟值A/D转换后的数字值

def write(val):
    temp = val  # 将字符串值移动到temp
    temp = int(temp) # 将字符串改为整数类型
    # print temp to see on terminal else comment out
    bus.write_byte_data(address, 0x40, temp) 
    #写入字节数据,将数字值转化成模拟值从AOUT输出

if __name__ == "__main__":
    setup(0x48) 
 #在树莓派终端上使用命令“sudo i2cdetect -y 1”,查询出PCF8591的地址为0x48
    while True:
        print '电位计   AIN0 = ', read(0)   #电位计模拟信号转化的数字值
        print '光敏电阻 AIN1 = ', read(1)   #光敏电阻模拟信号转化的数字
        print '热敏电阻 AIN2 = ', read(2)   #热敏电阻模拟信号转化的数字值
        tmp = read(0)
        tmp = tmp*(255-125)/255+125 
# 125以下LED不会亮,所以将“0-255”转换为“125-255”,调节亮度时灯不会熄灭
        write(tmp)
        time.sleep(2)

第4步:编写雨滴探测程序。感应板上没有水滴时,DO输出为高电平,数字输出指示灯DO-LED灭 ,打印 * Not raining *。滴上一滴水,DO输出为低电平,数字输出指示灯DO-LED亮,打印 * Raining! *。刷掉上面的水滴,又恢复到输出高电平状态。

#!/usr/bin/env python
import PCF8591 as ADC
import RPi.GPIO as GPIO
import time

DO = 17
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

def setup():
    ADC.setup(0x48)
    GPIO.setup(DO, GPIO.IN)

def Print(x):
    if x == 1:
        print ''
        print '   ***************'
        print '   * Not raining *'
        print '   ***************'
        print ''
    if x == 0:
        print ''
        print '   *************'
        print '   * Raining!! *'
        print '   *************'
        print ''

def loop():
    status = 1   #初始状态为无水,高电平,所以为1
    while True:
        print ADC.read(0)  #打印模拟输出的值转化为的数字值(0~255)
        print GPIO.input(DO)  #打印数字输出DO的值(无雨为1,有雨为0)
        tmp = GPIO.input(DO)
        if tmp != status:      #滴水时DO输出为低电平,无水时为高电平
            Print(tmp)         # tmp != status即遇状态变化时,打印情况
            status = tmp
        
        time.sleep(2)

if __name__ == '__main__':
    try:
        setup()
        loop()
    except KeyboardInterrupt: 
        pass