如何將柔性傳感器與樹莓派連接并在LCD屏幕上顯示其值

Raspberry Pi是一款基于ARM架構處理器的主板，專為電子工程師和業余愛好者設計。PI是目前最值得信賴的項目開發平臺之一。憑借更高的處理器速度和 1 GB RAM，PI 可用于許多備受矚目的項目，如圖像處理和物聯網。PI可以做很多很酷的事情，但一個可悲的功能是它沒有內置的ADC模塊。

在這個項目中，我們將學習如何將柔性傳感器與樹莓派連接并在LCD屏幕上顯示其值。

所需材料：

樹莓派（任何型號）

ADC0804 集成電路

16*2液晶顯示屏

柔性傳感器

電阻器和電容器

面包板或性能板。

ADC0804 單通道 8 位 ADC 模塊：

在繼續之前，讓我們了解一下這款ADC0804 IC，以及如何將其與樹莓派配合使用。ADC0804是一款單通道8位IC，這意味著它可以讀取單個ADC值并將其映射到8位數字數據。這些 8 位數字數據可以被樹莓派讀取，因此值將是 0-255，因為 2^8 是 256。如下面IC的引腳排列所示，引腳DB0至DB7用于讀取這些數字值。

現在，另一個重要的事情是，ADC0804工作在5V，因此它提供5V邏輯信號輸出。在8引腳輸出（代表8位）中，每個引腳提供+5V輸出以表示邏輯“1”。所以問題是PI邏輯是+3.3V，所以你不能給PI的+3.3VGPIO引腳提供+5V邏輯。如果為PI的任何GPIO引腳提供+5V，電路板就會損壞。

因此，為了從+5V降壓邏輯電平，我們將使用分壓器電路。我們之前已經討論了分壓器電路，以進一步澄清。我們要做的是，我們使用兩個電阻將+5V邏輯分頻為2*2.5V邏輯。因此，除法后，我們將為樹莓派提供+2.5v邏輯。因此，每當ADC0804提供邏輯“1”時，PI GPIO引腳上都會看到+2.5V，而不是+5V。在此處了解有關ADC的更多信息：ADC0804簡介。

以下是我們在Perf板上構建的采用ADC0804的ADC模塊的圖片：

電路圖及說明：

柔性傳感器與樹莓派接口的完整電路圖如下所示。解釋如下。

這個樹莓派柔性傳感器電路可能看起來有點復雜，有很多電線，但如果你仔細觀察，大多數電線都直接從LCD和8位數據引腳連接到樹莓派。下表將幫助您建立和驗證連接。

您可以使用下圖來確定樹莓上的引腳編號。

與所有ADC模塊一樣，ADC0804 IC也需要時鐘信號才能工作，幸運的是該IC具有內部時鐘源，因此我們只需將RC電路添加到CLK輸入和CLK R引腳，如圖所示。我們使用了 10K 和 105pf 的值，但我們可以使用任何接近的值，例如 1uf、0.1uf、0.01uf 也應該有效。

然后，為了連接Flex傳感器，我們使用了一個使用100K電阻的分壓器電路。當 Flex 傳感器彎曲時，其兩端的電阻會發生變化，電阻兩端的電位降也會發生變化。該壓降由ADC0804 IC測量，并相應地生成8位數據。

對樹莓派進行編程：

完成連接后，我們應該使用 Raspberry Pi 讀取這些 8 位的狀態并將它們轉換為十進制，以便我們可以使用它們。本頁末尾給出了用于執行相同操作并在LCD屏幕上顯示結果值的程序。此外，代碼在下面解釋為小垃圾。

我們需要一個 LCD庫來將 LCD 與 Pi 連接。為此，我們使用 shubham 開發的庫，它將幫助我們在四線模式下將 16*2 LCD 顯示器與 Pi 連接。此外，我們還需要庫來利用時間和 Pi GPIO 引腳。

注意：lcd.py 應從此處下載，并放置在保存此程序的同一目錄中。只有這樣，代碼才會編譯。

import lcd #Import the LCD library by shubham@electro-passion.com
import time #Import time
import RPi.GPIO as GPIO #GPIO will be reffered as GPIO only

LCD引腳定義分配給變量，如下所示。請注意，這些數字是 GPIO 引腳編號，而不是實際引腳編號?？梢允褂蒙媳韺?GPIO 編號與引腳編號進行比較。數組二進制文件將包括所有數據引腳編號，數組位將存儲所有 GPIO 引腳的結果值。

#LCD pin definitions
D4=2
D5=3
D6=4
D7=17
RS=20
EN=21

binarys = (10,9,11,5,6,13,19,26) #Array of pin numbers connect to DB0-DB7

bits = [0,0,0,0,0,0,0,0] #resulting values of 8-bit data
現在，我們必須定義輸入和輸出引腳。七個數據引腳將是輸入引腳，觸發引腳（RST 和 INTR）將是輸出引腳。只有當我們根據數據表觸發輸出引腳在特定時間內為高電平時，我們才能從輸入引腳讀取 8 位數據值。由于我們已經在二進制數組中聲明了二進制引腳，因此可以使用 for 循環進行聲明，如下所示。

for binary in binarys:
GPIO.setup(binary, GPIO.IN) #All binary pins are input pins

#Trigger pin
GPIO.setup(22, GPIO.OUT) #WR and INTR pins are output
現在使用 LCD 庫命令，我們可以初始化 LCD 模塊并顯示一條小的介紹消息，如下所示。

mylcd=lcd.lcd()
mylcd.begin(D4,D5,D6,D7,RS,EN)

#Intro Message
mylcd.Print("Flex Sensor with")
mylcd.setCursor(2,1)
mylcd.Print("Raspberry Pi")
time.sleep(2)
mylcd.clear()
在無限 while 循環中，我們開始讀取二進制值將它們轉換為十進制并在 LCD 上更新結果。如前所述，在讀取ADC值之前，我們應該使觸發引腳在特定時間內保持高電平，以激活ADC轉換。這是使用以下行完成的。

GPIO.output(22, 1) #Turn ON Trigger
time.sleep(0.1)
GPIO.output(22, 0) #Turn OFF Trigger
現在，我們應該讀取 8 個數據引腳并更新 bit 數組中的結果。為此，我們使用 for 循環將每個輸入引腳與 True 和 False 進行比較。如果為 true，則相應的位數組將設為 1，否則將設為 0。這是所有8位數據將被分別讀取的0和1值。

#Read the input pins and update result in bit array
for i in range(8):
if(GPIO.input(binarys[i]) == True):
bits[i] = 1
if(GPIO.input(binarys[i]) == False):
bits[i] = 0
更新 bits 數組后，我們應該將此數組轉換為十進制值。這只不過是二進制到十進制的轉換。對于 8 位二進制數據，2^8 為 256。因此，我們將獲得從 0 到 255 的十進制數據。在python中，運算符“**”用于查找任何值的冪。由于位[0]以MSB開頭，我們將其乘以2^（7位）。這樣，我們可以將所有二進制值轉換為十進制數據，然后將其顯示在LCD上

#calculate the decimal value using bit array
for i in range(8):
decimal = decimal + (bits[i] * (2**(7-i)))
一旦我們知道十進制值，就很容易計算電壓值。我們只需要將其乘以 19.63。因為對于 8 位 5VADC，每個位都是 19.3 毫伏的類比。得到的電壓值是ADC0804 IC引腳Vin+和Vin-兩端出現的電壓值。

#calculate voltage value
Voltage = decimal * 19.63 *0.001 #one unit is 19.3mV

使用電壓值，我們可以確定柔性傳感器是如何彎曲的，以及它是如何彎曲的。在下面的幾行中，我剛剛將讀取的電壓值與預定的電壓值進行了比較，以指示Flex傳感器在LCD屏幕上的位置。

#compare voltage and display status of sensor
mylcd.setCursor(1,1)
if (Voltage>3.8):
mylcd.Print("Bent Forward")
elif (Voltage<3.5):
mylcd.Print("Bent Backward")
else:
mylcd.Print("Stable")

同樣，您可以使用電壓值來執行您希望樹莓派執行的任何任務。

使用樹莓派在液晶屏上顯示柔性傳感器值：

該項目的工作非常簡單。但請確保您已下載 lcd.py頭文件并將其放置在當前程序所在的同一目錄中。然后使用面包板或性能板在電路圖中顯示連接，并在Pi上運行以下程序，您應該開始工作。您的設置應如下所示。

如圖所示，LCD將顯示十進制值，電壓值和傳感器位置。只需向前或向后彎曲傳感器，您應該能夠看到電壓和十進制值發生變化，還會顯示狀態文本。您可以連接任何傳感器，并注意到其兩端的電壓發生變化。

import lcd #Import the LCD library by electro-passionindia

import time #Import time

import RPi.GPIO as GPIO #GPIO will be referred as GPIO only



GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setwarnings(False)



#LCD pin definitions

D4=2

D5=3

D6=4

D7=17

RS=20

EN=21



binarys = (10,9,11,5,6,13,19,26) #Array of pin numbers connect to DB0-DB7





bits = [0,0,0,0,0,0,0,0] #resulting values of 8-bit data





for binary in binarys:

GPIO.setup(binary, GPIO.IN) #All binary pins are input pins



#Trigger pin

GPIO.setup(22, GPIO.OUT) #WR and INTR pins are output





mylcd=lcd.lcd()

mylcd.begin(D4,D5,D6,D7,RS,EN)



#Intro Message

mylcd.Print("Flex Sensor with")

mylcd.setCursor(2,1)

mylcd.Print("Raspberry Pi")

time.sleep(2)

mylcd.clear()



while 1:



decimal = Voltage = 0 #intitialize to zero



GPIO.output(22, 1) #Turn ON Trigger

time.sleep(0.1)

GPIO.output(22, 0) #Turn OFF Trigger

mylcd.clear()



#Read the input pins and update result in bit array

for i in range(8):

if(GPIO.input(binarys[i]) == True):

bits[i] = 1

if(GPIO.input(binarys[i]) == False):

bits[i] = 0



#print binary values if required for debugging

## mylcd.Print("Binary= ")

## mylcd.setCursor(1,8)

## for i in range(8):

## mylcd.Print(bits[i])



#calculate the decimal value using bit array

for i in range(8):

decimal = decimal + (bits[i] * (2**(7-i)))



#Display decimal value

mylcd.setCursor(2,1)

mylcd.Print("D=")

mylcd.setCursor(2,3)

mylcd.Print(decimal)



#calculate voltage value

Voltage = decimal * 19.63 *0.001 #one unit is 19.3mV



#compare voltage and display status of sensor

mylcd.setCursor(1,1)

if (Voltage>3.8):

mylcd.Print("Bent Forward")

elif (Voltage<3.5):

mylcd.Print("Bent Backward")

else:

mylcd.Print("Stable")



Voltage = str(round(Voltage,2)) #limit to two digit after decimal



#display voltage

mylcd.setCursor(2,8)

mylcd.Print("V=")

mylcd.setCursor(2,10)

mylcd.Print(Voltage)