项目三 智能控制楼道路灯 - 任务二

《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objectiveTASKTWO任务二实现声控楼道灯4任务要求储备知识任务实施任务目标231在了解python语言的if语句之后，使用树莓派中的GPIO库的功能开发程序，实现根据声音传感器得到的模拟量值来控制三色灯的亮灭。任务要求4任务要求储备知识任务实施任务目标231TASKTWO任务二实现声控楼道灯01.了解PCF8591模块的工作原理02.了解I2C通信的基本原理任务目标03.了解Python语言的if语句04.掌握Python程序调用PCF8591库函数的方法4任务要求储备知识任务实施任务目标231TASKTWO任务二实现声控楼道灯01.认识PCF8591模块02.了解I2C总线传输解析03.了解Python语言的if语句储备知识我们将声音传感器的AO端子连接到PCF8591的AINO，以便实时检测语音信号的强度，PCF8591的SDA引脚代表数据线，SCL引脚代表时钟线。PCF8591实物如图所示。PCF8591（具体介绍见任务二的2.I2C总线传输解析）一款具有I2C总线接口是8位分辨率的转换芯片是4通道A/D的转换芯片是1通道D/A的转换芯片01.认识PCF8591模块由于PCF8591使用I2C总线进行数据的传输，因此需要对其有一定的了解。I2C（Inter－IntegratedCircuit）总线（也称IIC或I2C）由PHILIPS公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。一根线为SCL（时钟线）另一根为SDA（数据线）02.了解I2C总线传输解析一次完整的I2C信号传输过程一定会包含三种信号——要弄懂I2C，需要从时序入手，弄懂其传输格式。数据的字节信号起始和停止信号响应ACK和非响应NACK信号起始和停止位起始和终止条件都由主机产生。总线在起始条件之后处于忙碌状态，在停止条件之后又处于空闲状态。起始和停止信号只有在SCL为1时才能产生：起始信号当SCL为1时，SDA从高电平变为低电平（下降沿），就会产生起始信号。结束信号SDA从低电平变为高电平，则会产生结束信号。图：起始、停止信号时序图因此，可以这样说，SCL为高时，SDA应该保持稳定，一旦跳变，就会产生起始或停止信号。数据字节的传输SDA数据线上的每个字节必须是8位，每次传输的字节数量没有限制，但每传输一个字节之后必须紧跟一个应答位（ACK）。字节发送和接收时，都是先高位（MSB），再低位（LSB）。传输时，数据的高低电平翻转变化发生在SCL低电平时，SDA上的数据必须在SCL高电平时保持稳定。具体如图所示：图：数据字节传输时序图应答信号应答信号分为应答信号ACK和非应答信号NACK。应答信号用一个低电平表示，非应答信号用一个高电平表示，如图所示。图：主从机之间的应答信号I2C总线的数据都是以字节（8位数据或者地址及命令）的方式传送的。发送器每发送一个字节之后，在时钟的第9个脉冲期间释放SDA数据线，由接收器发送一个应答信号（即把数据线电平拉低，回复一个“0”）来表示数据成功接收。应答信号ACK当主机为接收器时，它收到最后一个字节后，则需发送非应答信号“1”（即把SDA置为高电平），以通知被控从机结束数据发送，并释放总线，以便主机发送一个终止信号，最终结束通信。无应答信号NACK我们在日常生活中，时常需要对一些情况做出选择，小到生活小事，大到人生抉择。例如，现实生活中，过马路要看红绿灯，如果是绿灯才能过马路，否则需要停止等待。”“其实，不仅生活中需要判断，在程序开发中，也经常会用到判断。例如，用户在登录系统的时候，只有用户名和密码全部正确，才被允许登录。”“03.了解Python语言的if语句在Python语言中，提供了多种判断语句解决这个问题，本任务使用到最简单的条件判断语句，即if语句。语法结构分析if语句是最简单的条件判断语句，它可以控制程序的执行流程，使用的语法结构如下：if判断条件:代码块注意if条件后要使用冒号（:），表示接下来是满足条件后要执行的语句。使用缩进来划分语句块，相同缩进数的语句在一起组成一个语句块。执行过程分析if是Python语言中的关键字，如果判断条件成立，则执行相应的语句，否则不执行，流程如图所示:图：单分支if语句流程图为了帮助大家更好的理解if语句的使用，接下来，通过两个案例来演示if语句的作用。这里通过VNCViewer连接到树莓派系统，打开前面提到的mu软件，进行代码的编写。案例“if语句-1”代码如下：age=27print("=====if判断开始=====")ifage>=18:print("=====我已经成年了=====")print("=====if判断结束=====")运行效果如下：案例“if语句-2”代码如下：运行效果如下：age=16print("=====if判断开始=====")ifage>=18:print("=====我已经成年了=====")print("=====if判断结束=====")在以上两个案例中，分别将变量age的值赋为27和16，后面便是if判断语句，只要满足age>=18条件就输出“======我已经成年了=====”。从以上运行结果可以看出——前者输出了“======我已经成年了=====”，说明满足了条件。后者没有输出if语句中的打印语句，说明没有满足条件。由此可知if判断语句只能在满足一定条件时才会执行指导的代码，否则就不执行。思考练习（1）在I2C总线的数据传送中，应答是一个________信号，非应答是一个________信号。（2）A/D转换的一般过程，包括______、______、______和______。4任务要求储备知识任务实施任务目标231TASKTWO任务二实现声控楼道灯04.Python程序实现智能声控楼道灯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-Viewer三色灯模块PCF8591模块树莓派4B声音传感器模块04.Python程序实现智能声控楼道灯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型转接板三色灯GPIO0G17RGNDGNDGND(G)树莓派T型转接板PCF8591模块SDASDASDASCLSCLSCL5V5VVCCGNDGNDGNDPCF8591模块T型转接板声音传感器AINO0-AOVCC5VVCC(+)GNDGNDGND(G)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“SmartSoundControl.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的模拟量，当超过临界值50时，打开三色灯上的红灯，延时10秒后自动关闭。importPCF8591asADCimportRPi.GPIOasGPIOimporttimeGPIO.setmode(GPIO.BCM)GPIO.setup(17,GPIO.OUT)ADC.setup(0x48)whileTrue:voiceValue=ADC.read(0)print("SoundValue:",voiceValue)ifvoiceValue>=50: GPIO.output(17,1)time.sleep(10)GPIO.output(17,0)time.sleep(0.2)#延时200ms（1）表示通过0x48这个地址对PCF8591模块进行初始化，而地址的获取必须在连线正确的情况下通过命令获取，如图所示：ADC.setup(0x48)图：命令获取PCF8591模块的地址代码详解（2）表示树莓派读取PCF8591的AINO0口的模拟量数据。voiceValue=ADC.read(0)（3）为无限循环，表示每隔200毫秒通过PCF8591模块读取其AINO0端口上输出的模拟值，表示若模拟量的值超过临界值50，则通过打开三色灯上的红灯，表示延时10秒，然后再通过