树莓派基础实验8:振动开关实验
一、介绍
振动开关也称为弹簧开关或振动传感器,是一种电子开关。它会产生振动力,并将结果传送给电路装置,从而触发其工作。它包含以下部分:导电振动弹簧,开关主体,触发销和包装壳。
二、组件
★Raspberry Pi 3主板*1
★树莓派电源*1
★40P软排线*1
★振动开关传感器模块*1
★双色LED模块*1
★面包板*1
★跳线若干
三、实验原理
在震动开关模块中,导电的振动弹簧和触发销被精确地放置在开关体中,并且通过粘合剂结合到固化位置。通常,弹簧和触发销不接触,一旦摇动,弹簧就会摇动并与触发器引脚接触,以传导并产生触发信号。
在此实验中,将双色LED模块连接到树莓派以指示更改。敲击或敲击振动传感器时,它将打开,双色led将闪烁绿色,再次敲击它将变为红色,每一次敲击后会在两种颜色之间切换。
四、实验步骤
第1步:连接电路,该实验与实验6(轻触开关按键实验)相同。 这里激光模块的实物与模块原理图的端口名称不一致,我们按照实物的端口名称来连接。
树莓派 | T型转接板 | 振动开关 |
---|---|---|
GPIO 0(序号11) | GPIO 17 | SIG(DO) |
5V | 5V | VCC |
GND | GND | GND |
树莓派 | T型转接板 | 双色LED |
---|---|---|
GPIO 1(序号12) | GPIO 18 | R(红色端口) |
GND | GND | GND |
GPIO 2(序号13) | GPIO 27 | G(绿色端口) |
第2步:这次编程有两个函数要注意,是关于输入的高级应用。
有多种方式将GPIO的输入导入到程序中,polling( 轮询 )式 和 interrupt( 中断 )式( edge detection 边缘检测 ),“轮询”式如果程序在错误的时间读取值,可能会错过输入。我们这里采用中断式。
如果您没有将输入引脚连接到任何东西,它将“浮动”。换句话说,读取的值是未定义的,因为它没有连接到任何东西,直到你按下按钮或开关。它可能会由于接收电源干扰而改变很大的值。
为了解决这个问题,我们使用一个向上拉或向下拉电阻器。这样,就可以设置输入的默认值。可以使用硬件或者软件实现上下拉电阻。在硬件方式中,常常在输入通道与3.3V(上拉)或0V(下拉)之间使用10K电阻。GPIO模块允许您在编程中这样配置:
GPIO.setup(channel, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)# or
GPIO.setup(channel, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
我们很多时候并不关心电平值, 而关心电平从低到高,或从高到低的变化(如编码器测速/按键按下弹开等), 为避免主程序忙于其它事情错过引脚的电平改变, 有两种方式:
wait_for_edge() 函数
event_detected() 函数
wait_for_edge()函数是为了阻止程序的执行,直到检测到边缘为止。换句话说,等待按钮按下的示例可以改写成:
GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO.RISING)
注意检测的边缘参数有 GPIO.RISING, GPIO.FALLING , GPIO.BOTH (上升沿, 下降沿 或 升降沿), 这样用几乎不占用CPU,如果你只希望在确定的时间段内查询,可以使用 timeout 参数:
# wait for up to 5 seconds for a rising edge (timeout is in milliseconds)
channel = GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO_RISING, timeout=5000)
if channel is None:print('Timeout occurred')
else:print('Edge detected on channel', channel)
event_detected()函数被设计用来与其他事物一起在循环中使用, 不同于polling轮询, 它不会在CPU忙于处理其他事物时错过输入状态的变化。 这使得使用Pygame 或 PyQt 时非常有用,因为其中有一个主循环监听和及时响应GUI事件的基础。
只要检测到指定参数的边缘事件(上升沿, 下降沿 或 升降沿)发生时,调用GPIO.event_detected(channel)的值就为"ture"(真)。
#Note that you can detect events for GPIO.RISING, GPIO.FALLING or GPIO.BOTH.
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING) # add rising edge detection on a channel
do_something()
if GPIO.event_detected(channel):print('Button pressed')
不过需要自己新建一个线程去循环检测event_detected()的值,还算是比较麻烦的。
可采用另一种办法轻松检测状态,这种方式是直接传入一个回调函数:GPIO通过在add_event_detect()函数中添加callback参数,RPI.GPIO为回调函数运行第二个线程。这意味着回调函数可以与主程序同时运行,以立即响应边缘。
For example:
def my_callback(channel):print('This is a edge event callback function!')print('Edge detected on channel %s'%channel)print('This is run in a different thread to your main program')
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING, callback=my_callback) # 这里添加了回调函数callback这个参数,就不需要GPIO.event_detected(channel)函数了
如果你想要不止一个回调函数:
def my_callback_one(channel):print('Callback one')
def my_callback_two(channel):print('Callback two')
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING)
GPIO.add_event_callback(channel, my_callback_one)
GPIO.add_event_callback(channel, my_callback_two)
请注意,在这种情况下,回调函数是按顺序运行的,而不是并发的。这是因为只有一个线程用于回调,其中每个回调都按照它们被定义的顺序运行。
由于存在开关抖动(用示波器可以看到),每次按下开关会调用多次回调函数,这不是我们希望的,有两种方式处理开关抖动:
①在开关两个引脚之间添加一个0.1uF的电容
②软件消抖
③二者结合使用
使用软件消抖时, 给回调函数添加一个弹跳时间的参数( bouncetime= ), 弹跳时间(参照单片机可以为10~20ms)在ms级别, 下面的程序用200ms来消抖:
# add rising edge detection on a channel, ignoring further edges for 200ms for switch bounce handling
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING, callback=my_callback, bouncetime=200)
由于某些原因, 你的程序可能不希望用边缘检测了,可以停止它们:
GPIO.remove_event_detect(channel)
第3步:正式编程。 定义针脚参数和初始化设置函数setup(),其中就用到了上面讲解的GPIO输入高级应用,本次实验不使用检测函数GPIO.add_event_detect(),采用“轮询”式,在循环中直接查询GPIO.input(TiltPin)的值来判定是否振动。
#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import timeVibratePin = 11
Rpin = 12
Gpin = 13tmp = 0def setup():GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # Numbers GPIOs by physical locationGPIO.setup(Gpin, GPIO.OUT) # Set Green Led Pin mode to outputGPIO.setup(Rpin, GPIO.OUT) # Set Red Led Pin mode to outputGPIO.setup(VibratePin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) # Set BtnPin's mode is input, and pull up to high level(3.3V)
第4步: 定义Led(x)函数,控制双色LED灯闪烁。定义Print(x),打印按键是否切换开关的提示消息。
def Led(x): #控制双色LED灯闪烁的函数if x == 0:GPIO.output(Rpin, 1) #红灯亮GPIO.output(Gpin, 0) #绿灯灭if x == 1:GPIO.output(Rpin, 0)GPIO.output(Gpin, 1)def Print(x): #打印按键是否切换开关的提示消息global tmpif x != tmp:if x == 0:print ' **********'print ' * ON *'print ' **********'if x == 1:print ' **********'print ' * OFF *'print ' **********'tmp = x
第5步: 当模块平稳没有振动时,GPIO.input(TiltPin)的值为0,IF语句不执行;
当振动时,GPIO.input(TiltPin)的值为1,执行IF语句。每次执行IF语句时,Led(state)中的state值都与上次不同,所以LED的颜色会在红绿之间切换。
def loop():state = 0while True:if GPIO.input(VibratePin): #每当振动产生时state = state + 1if state > 1:state = 0Led(state)Print(state)time.sleep(1)
第6步: 创建destroy()函数,清除LED状态。创建程序入口,并包含异常处理。
def destroy():GPIO.output(Gpin, GPIO.LOW) # Green led offGPIO.output(Rpin, GPIO.LOW) # Red led offGPIO.cleanup() # Release resourceif __name__ == '__main__': # Program start from heresetup()try:loop()except KeyboardInterrupt: # When 'Ctrl+C' is pressed, the child program destroy() will be executed.destroy()
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