项目三 智能控制楼道路灯 - 任务一

《传感器应用》主讲教师：XXX

项目三智能控制楼道路灯PART03※声音传感器选型与检测※实现声控楼道灯03※光敏传感器选型与检测※智能声控楼道灯认识声音传感器的工作原理和检测方法01掌握Python语言中if语句的使用03认识光敏传感器的工作原理和检测方法02掌握Python获取模拟量值的方法04学习目标objectiveTASKONE任务一声音传感器选型与检测4任务要求储备知识任务实施任务目标231在掌握声音传感器的原理后，连接好电路板，通过Python程序设置阀值进行检测，能够在控制台打印输出当前的声音值和检测到的次数。任务要求4任务要求储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一声音传感器选型与检测01.了解模拟信号和数字信号，并能进行区分02.了解声音传感器的工作原理任务目标03.掌握Python程序检测声音传感器4任务要求储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一声音传感器选型与检测01.模拟信号和数字信号02.声音传感器的工作原理03.声音传感器的选型储备知识由于声音传感器产生的信号属于模拟信号，因此需要了解什么是数字信号，什么是模拟信号，以及它们之间的相互转换。数字信号数字信号只有“0”和“1”两种状态。在计算机系统中，CPU只认识“0”和“1”两个数字，所以数字信号需要由“0”和“1”构成的二进制数来表示。“0”低电平“1”高电平01.模拟信号和数字信号集成电路是由大规模的晶体管组成，这种晶体管的组成逻辑就是TTL（Transistor-TransistorLogic）。在这种处理数字信号的电路中——01>2.4V为高电平(H)02<0.4V为低电平(L)图：数字信号的波形模拟信号模拟信号是一个连续变化的物理量。比如——温度电流电压这些信号，它可以很小，也可以很大，它的数值是无限的。在现实生活中的各种物理量，就像我们说话的声音，其实它就是一个模拟信号。模拟信号有着精确的分辨率，信号处理也简单，可以直接通过三极管或者运放来进行放大处理。但模拟信号很容易收到干扰，受干扰后的模拟信号就难以还原了。所以我们一般将输入的模拟信号进行数字化，再进行计算机处理和传输。其波形示意图如下：图：模拟信号的波形数字信号和模拟信号的互转数字信号模拟信号可以相互转换例如，模拟信号通常采用PCM（脉冲编码调制）方法将输入的模拟量，经过采样、保持、量化和编码转换为数字信号，俗称A/D转换，简称ADC，具体过程如右所示：”“图：A/D转换过程同理，数字信号转换成模拟信号的过程称为D/A转换，简称DAC。通常是由输入的二进制数的各位控制开关，通过电阻网络，在运算放大器的输入端产生与二进制数各位的权成比例的电流，这些电流经过运算放大器相加和转换而成为与二进制数成比例的模拟电压，从而实现将离散的数字信号转换成连续变化的模拟信号。T型电阻网络D/A转换器电路图如右所示：D/A转换器主要部件：电阻开关网络02.

声音传感器的工作原理声音传感器相当于一个话筒（麦克风），其实物如图：图：声音传感器实物它用来接收声波，显示振动的图像，但不能对噪音的强度进行测量。该传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压。这一电压随后被转化成0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接受，并传送给计算机。声音传感器模块的电路原理图如图所示图：声音传感器模块的电路原理图通过原理图可以看出——放大器峰值检测器缓冲器麦克风（MIC）将输入提供给：当传感器检测到声音时，它会处理输入信号的电压，然后将其发送到微控制器，执行必要的处理。LM358AN一款双通道运算放大器内部补偿放大器两个独立的高增益本书的实验只使用其中之一。麦克风（MIC）将声音信号转换为电信号，然后将信号发送到LM358的引脚2，并通过外部电路将它们输出到引脚1（AO端子），然后使用PCF8591模块（在本项目的任务二进行介绍）读取模拟值，也可以通过引脚4（DO端子）输出高/低电平，以表示是否收到声音。本任务就是利用DO端子输出的电平信号来检测声音传感器是否正常工作。03.声音传感器的选型声音传感器的主要参数有：工作电压（VDC）操作电压（VDC）小工作电压（VDC）尺寸（mm）大工作电压（VDC）频率范围（Hz）频率范围（Hz）灵敏度（dB）兼容接口正常情况下：工作电压3.3V～5.5V小板PCB尺寸31mm*17mm或30mm*19mm频率范围100～10000Hz灵敏度可通过板上电位器进行调整模块有2个输出AO模拟量输出，实时输出麦克风的电压信号。DO当声音强度到达某个阀值时，输出高低电平信号（阀值-灵敏度可以通过电位器调节）。我们本次实验是以树莓派获取声音传感器的值进行程序开发，要求每隔1秒在Python控制台输出声音传感器的模拟量值和读取次数的累加值。思考练习请举例说明声音传感器可以应用在哪些场景，并加以说明？4任务要求储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一声音传感器选型与检测04.检测声音传感器任务实施任务所需软件如下所示：环境准备任务所需硬件如下所示：VNC-ViewerTF卡读卡器TF卡树莓派4B电源线声音传感器模块04.检测声音传感器4.1.根据引脚说明和连线图连接设备各设备对应接口如以下表说明：树莓派T型转接板声音传感器--AOGNDGNDGND(G)5V5VVCC(+)GPIO7G4DO图：连接线路图4.2.Python程序实现检测传感器步骤1：打开mu开发环境，新建Python文件（1）开启树莓派电源->打开“VNC-Viewer”软件连接树莓派->输入IP地址->用户名密码。（2）连接成功后，在点击左上方【树莓派】图标->选择【编程】->点击打开【mu】软件，如图所示：图：打开PythonIDE（3）打开“mu”软件，软件界面后如图所示：图：mu软件界面（4）单击“mu”软件界面上的按钮，新建一个名为“sound.py”的Python文件，保存在“/home/pi/mu_code”目录下。步骤2：编写和验证代码输入代码，实现读取声音传感器输出的电平，通过手指轻轻敲打话筒（麦克风），可以获取高/低电平信号。importRPi.GPIOasGPIOimporttimeGPIO.setmode(GPIO.BCM)GPIO.setup(4,GPIO.IN)whileTrue:ifGPIO.input(4)==GPIO.LOW:print("LOW")ifGPIO.input(4)==GPIO.HIGH:print("HIGH")time.sleep(0.1)#延时100ms单击“mu”软件界面上的按钮，执行代码，烧写到树莓派板上，观察Python控制台的输出信息，例如图所示。图：Python控制台输出信息代码详解（1）表示本任务使用GPIO的BCM模式，即T型板转接板上的引脚编码。GPIO.setmode(GPIO.BCM)（2）表示本任务使用GPIO的BCM模式，即T型板转接板上的引脚编码。GPIO.setup(4，GPIO.IN)（3）为无限循环，通过