树莓派基础实验11：U型光电传感器实验 |
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树莓派基础实验11：U型光电传感器实验
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一、介绍
U型光电传感器是一种对射式光电传感器，它有一个发射端和接收端组成。它的工作原理是通过对红外发射光的阻断和导通，在红外接收管感应出的电流变化来实现开和关的判断。适用于物体通过传感器使光线被挡住的情况，因此，U型光电传感器广泛用于速度测量。 二、组件★Raspberry Pi主板*1 ★树莓派电源*1 ★40P软排线*1 ★U型光电传感器模块*1 ★双色LED模块*1 ★面包板*1 ★跳线若干 三、实验原理U型光电传感器由两部分组成：发射器和接收器。发射器发光，然后光线进入接收器，如果发射器和接收器之间的光速被障碍物挡住，接收器即使在一瞬间也将检测不到入射光，并且输出电平将会改变，光线隔断是高电平，没有挡住时是低电平。在这个实验中，我们将通过使用此更改来打开或关闭LED灯。 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。这里要注意光电传感器使用3.3V电源，而不是5V。 树莓派T型转接板U型光电传感器GPIO 0（序号11）GPIO 17SIG（OUT）3.3V3.3VVCCGNDGNDGND 树莓派T型转接板双色LEDGPIO 1（序号12）GPIO 18R（红色端口）GNDGNDGNDGPIO 2（序号13）GPIO 27G（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，添加边缘事件检测函数GPIO.add_event_detect()。 #!/usr/bin/env python import RPi.GPIO as GPIO PIPin = 11 Rpin = 12 Gpin = 13 def setup(): GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # Numbers GPIOs by physical location GPIO.setup(Gpin, GPIO.OUT) # Set Green Led Pin mode to output GPIO.setup(Rpin, GPIO.OUT) # Set Red Led Pin mode to output GPIO.setup(PIPin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) # Set BtnPin's mode is input, and pull up to high level(3.3V) GPIO.add_event_detect(PIPin, GPIO.BOTH, callback=detect, bouncetime=200)第4步： 定义Led(x)函数，控制双色LED灯闪烁。定义Print(x)，打印光线被遮挡的提示消息。没有遮挡光线，电路联通，传感器输出低电平，红灯亮；光线被遮挡，电路断开，传感器输出高电平，绿灯亮。 def Led(x): #控制双色LED灯闪烁的函数 if x == 0: #没有遮挡光线，电路联通，传感器输出低电平，红灯亮 GPIO.output(Rpin, 1) GPIO.output(Gpin, 0) if x == 1 #光线被遮挡，电路断开，传感器输出高电平，绿灯亮 GPIO.output(Rpin, 0) GPIO.output(Gpin, 1) def Print(x): #打印光线被遮挡提示消息 if x == 1: print ' *************************' print ' * Light was blocked *' print ' *************************'第5步： 检测到光线被遮挡时（或者没有被遮挡时），边缘事件检测函数都会回调detect(chn)函数。 def detect(chn): Led(GPIO.input(PIPin)) #控制双色LED灯闪烁的函数 Print(GPIO.input(PIPin)) #打印光线被遮挡提示消息 def loop(): while True: pass #pass语句就是空语句很多程序都提供了“空语句”支持，Python 也不例外，Python 的 pass 语句就是空语句。有时候程序需要占一个位、放一条语句，但又不希望这条语句做任何事情，此时就可通过 pass 语句来实现。通过使用 pass 语句，还可以让程序更完整，因为如果定义一个空函数程序会报错，当你没有想好函数的内容时可以用 pass 填充，使程序可以正常运行。 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 off GPIO.output(Rpin, GPIO.LOW) # Red led off GPIO.cleanup() # Release resource if __name__ == '__main__': # Program start from here setup() try: loop() except KeyboardInterrupt: # When 'Ctrl+C' is pressed, the child program destroy() will be executed. destroy() |
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