传感器技术项目式教程（基于树莓派与Python）（AI助学）课件 项目8-14 燃气灶检测-智能空调控制系统

《传感器应用》主讲教师：XXX

项目八燃气灶检测器PART08※热电偶传感器的选型与检测※实现燃气灶检测器08项目概述近日某公司生产的钢化玻璃燃气灶突然发生爆炸，发现由于燃气灶可燃气泄漏超过一定时间，未有任何的提示，当杨先生发现时已经酿成大祸。现某公司开始发现问题需要在自家燃气灶中加入检测器功能并加入报警功能与手机联动，小林作为公司的产品研发工程师，需要将其实现。使用树莓派开发套件编写程序调试实现上述功能，便于后续产品的研发。认识热电偶传感器的原理和选型01认识热电偶传感器检测方法02学习目标objective掌握MAX6675模块的时序01掌握Python语言中list列表的使用02技能目标objective掌握Python实现燃气灶检测的方法03TASKONE任务一热电偶传感器的选型与检测4任务概述储备知识任务实施任务目标231本次任务：在掌握热电偶传感器的原理后，连接好电路板，使用Python程序编写K型热电偶的驱动程序，获取800℃左右燃气灶的温度数据。任务概述4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一热电偶传感器的选型与检测01.了解热电偶传感器的工作原理和类型02.了解热电偶和热电阻传感器之间的区别任务目标03.掌握热电偶的选型与基本检测04.认识MAX6675作用以及时序05.掌握Python程序K型热电偶的数据4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一热电偶传感器的选型与检测01.热电偶传感器储备知识02.热电偶的选型03.热电偶的测试04.MAX6675模数转换器01.热电偶传感器1.1.热电偶的定义热电偶传感器一种利用热电效应（即将温度转换为电动势能）的测温元件结构简单，使用方便。具有较高的准确度、稳定性及复现性。温度测量范围宽。一种有源元件，测量时并不需要外加电源。热电偶在工程领域的应用极为广泛。因此1.2.热电偶的工作原理——热电效应两结合点的温度不同，就会在两者间会产生电动势（热电势），致使受热物体中的电子随着温度梯度由高温区往低温区移动，也就是在回路中就会有一定大小的电流。这种现象称为热电效应或者塞贝克效应。把两种不同材料的导体或者半导体串接成一个闭合回路。如果具体如右图所示A与B是由两种成分不同且具有一定热电特性的材料所构成的热电极，把它们的一端互相焊接，而另一端连接起来形成回路，便成为一个热电偶传感器。热电偶的焊接端温度较高称为工作端或热端，使用时将此端置于被测温度部位。另一端温度较低称为自由端或冷端，值得注意的是自由端通常处于某个恒定的温度下。不同金属导体的自由电子密度不同，当A、B两种金属带焊接在一起后，它们的接触处就会发生电子扩散，电子扩散的速度与自由电子的密度差及连接点所处的温度成正比。由于因此，热电偶传感器的两个上端子之间就将有电动势出现，这个电动势称为热电动势。在单位时间内如果由A扩散到B的电子数比由B扩散到A的多，则A由于失去电子而带正电，B得到电子而带负电。热电动势的大小与电极的形状、尺寸无关，只取决于两种金属的特性和热、冷端的温差。反映这种特性的参数称为热电偶的温度系数，它表示热端温度每变化1℃在两个冷端之间所引起的电动势变化。故用不同的金属材料可以组成各种特性的热电偶传感器。1.3.热电偶补偿导线在使用热电偶测温时要求热电偶的参考端(冷端)温度必须保持恒定。热端则会使用价格较高的贵金属材料。因此一般做得长度较短，这就使热电偶冷端离被测对象很近，导致参考端温度较高且波动很大。补偿导线在此情况下应运而生，它是在一定温度范围内（0～100℃）具有与所匹配热电偶热电动势相同标称值的一对带有绝缘层的导线，用它们连接热电偶与测量装置，来补偿它们与热电偶连接处的温度变化所产生的误差。应该用较长的热电偶，把参考端延长到温度比较稳定的地方，但是考虑到经济性和铺设等问题这并不实际。

所以原则上1.4.热电偶与热电阻的区别信号的性质，热电阻本身是电阻，温度的变化，使电阻产生正的或者是负的阻值变化；而热偶，是产生感应电压的变化，他随温度的改变而改变。 两种传感器检测的温度范围不一样，热阻一般检测0-150度温度范围（当然可以检测负温度），热偶可检测0-1000度的温度范围（甚至更高）所以，前者是低温检测，后者是高温检测。从材料上分，热阻是一种金属材料，具有温度敏感变化的金属材料，热偶是双金属材料，即两种不同的金属，由于温度的变化，在两个不同金属丝的两端产生电势差。热电偶的基本工作原理是温度变化使其两端电位大小不同；热电阻也可以称是一种热敏传感器，但其是随温度变化电阻发生变化。1.5.热电偶的优缺点使用热电偶的优点温度范围广坚固耐用响应快无自发热信号调理复杂精度低冷补偿数字化输出使用热电偶的缺点从低温到喷气引擎废气，热电偶适用于大多数实际的温度范围。热电偶测量温度范围在–200°C和2500°C之间,具体取决于所使用的金属线。温度范围广热电偶属于耐用器件，抗冲击振动性好，适合于危险恶劣的环境。坚固耐用使用热电偶的优点因为它们体积小，热容量低，热电偶对温度变化响应快，尤其在感应接合点裸露时。它们可以在毫秒范围内对温度变化做出响应。响应快由于热电偶不需要激励电源，因此不易自发热。无自发热将热电偶电压转换成可用的温度读数必需进行大量的信号调理。一直以来，信号调理耗费大量设计时间，处理不当就会引入误差，导致精度降低。信号调理复杂除了由于金属特性导致的热电偶内部固有不精确性外，热电偶的冷端通常接近被测对象，温度并不是恒定不变的，容易收到环境干扰。因此热电偶测量精度只能达到参考接合点温度的测量精度，一般在1℃和2℃内。精度低使用热电偶的缺点热电偶输出的热电势为冷端保持为0℃时与测量端的电势差值，而在实际应用中冷端的温度是随着环境温度而变化的，故需进行冷端补偿。冷补偿与嵌入式系统接口必然要采用数字化输出及数字化接口，而作为模拟小信号测温元件的热电偶显然法直接满足这个要求。因此，若将热电偶应用于嵌入式系统时，必须进行复杂的信号放大、A/D转换、查表线性线、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计。 数字化输出02.热电偶的选型选择热电偶需综合考虑——所需精度测定对象的性能经济效益使用温度范围响应时间使用环境K型热电偶镍铬(镍硅（镍铝）热电偶)01K型热电偶是抗氧化性较强的贱金属热电偶，可测量0～1300℃的介质温度，适宜在氧化性及惰性气体中连续使用。S型热电偶（铂铑10-铂热电偶）02E型热电偶（镍铬-铜镍［康铜］热电偶）03E型热电偶为一种较新产品，在常用的热电偶中，热电势最大，即灵敏度最高;它的应用范围虽不及K型偶广泛，但在要求灵敏度高、热导率低、可容许大电阻的条件下，常常被选用;使用中的限制条件与K型相同，但对于含有较高湿度气氛的腐蚀不很敏感。N型热电偶(镍铬硅-镍硅热电偶)04该热电偶的主要特点：在1300℃以下调温抗氧化能力强，长期稳定性及短期热循环复现性好，耐核辐射及耐低温性能好，另外，在400～1300℃范围内，N型热电偶的热电特性的线性比K型偶要好。J型热电偶(铁-康铜热电偶)05J型热电偶：价格便宜，适用于真空氧化的还原或惰性气氛中，温度范围从-200～800℃，但常用温度只在500℃以下。T型热电偶(铜-铜镍热电偶)）07在贱金属热电偶中，它的准确度最高、热电极的均匀性好;它的使用温度是-200～350℃，因铜热电极易氧化，并且氧化膜易脱落，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超过300℃。R型热电偶(铂铑13-铂热电偶)06B型热电偶(双铂铑热电偶)08B型热电偶可以长期测量1600℃，短期最高测量1800℃，稳定性好准确度高，测温温区宽，其明显的优点是不需要用补偿导线进行补偿。03.热电偶的测试热电偶的输出是mV级的，用普通万用表是无法检测其输出的，但是可以通过万用表测量两输出端的通断情况,如果开路此热电偶传感器一定是坏的。在大多数情况下，只要电偶部分（在两根线的交点熔接处）是通的，再把其从护套中抽出来做外观检查，若没有被氧化，则没坏。数字万用表可粗测，判断好坏。就要用标准热电偶，来比较、测量它输出的mV值了。简而言之04.MAX6675模数转换器作为现代生活中每个人日常做饭的必要工具，其中就有使用热电偶传感器来增加一层安全保护。燃气灶因此使用了K型热电偶来进行温度检测，避免熄火状态下的可燃气的泄漏。由于热电偶获取的是模拟量数据，需要进行数模转换才能更好地对数据进行处理。温度：800℃～1300℃左右美信公司推出的一款支持K型热电偶接口的12位串行模数转换器。MAX6675温度分辨率达0.25℃，测量范围为0℃~+1023.75℃。配合微控制器，可直接用于热电偶输出量的读取。A/D转换器冷端补偿SPI串口的热电偶放大器数字转换器温度补偿功能热电偶放大器集成适用于体积不大，不利散热的装置条件下使用，其引脚图如图所示。SO-8脚封装MAX6675工作电压：+5V直流电压功耗：47.1mW电流：50mA其中SO为SPI串行输出端口引脚；CS为片选信号；SCK为串行时钟输入；T+、T-分别接热电偶的测量端和冷端。4.1.MAX6675的主要特性0102030405简单的SPI串行口温度值输出0℃～+1024℃的测温范围12位0.25℃的分辨率片内冷端补偿高阻抗差动输入0607080910热电偶断线检测单一+5V的电源电压低功耗特性工作温度范围-20℃～+85℃2000V的ESD信号备注：该器件采用8引脚SO帖片封装。Max6675引脚定义引脚名称功能1GND接地端2T-K型热电偶负极3T+K型热电偶正极4VCC正电源端5SCK串行时钟输入6CS片选端，CS为低时、启动串行接口7SO串行数据输出8N.C.空引脚4.2.MAX6675工作原理MAX6675对其内部元器件的参数进行了激光修正,从而对热电偶的非线性进行了内部修正。热电偶的输出热电势不仅与测量端的温度有关,而且与冷端的温度有关,在以往的应用中,有很多种冷端补偿方法,如冷端冰点法或电桥补偿法等,但调试都比较麻烦。另外,由于热电偶的非线性,以往是采用微处理器表格法或线性电路等方法来减小热电偶本身非线性带来的测量误差,但这些都增加了程序编制及调试电路的难度。根据热电偶测温原理MAX6675内部集成均给K型热电偶的使用带来了极大的方便。非线性校正电路冷端补偿电路断线检测电路内部集成4.3.MAX6675工作时序如上图，当MAX6675的CS引脚从高电平变为低电平时,MAX6675将停止任何信号的转换并在时钟SCK的作用下向外输出已转化的数据。相反,当CS从低电平变回高电平时,MAX6675将进行新的转换。SCK拉高形成方波，此时第一个字节D15将出现在引脚SO，必须注意数据读取是SCK下降沿有效，所以SCK接着拉低获取到一位有效数据。一个完整的数据读过程需要16个时钟周。在CS引脚从高电平变为低电平时MAX6675的输出数据为16位,其中D15始终无用,D14～D3对应于热电偶模拟输入电压的数字转换量。D2用于检测热电偶是否断线(D2为1表明热电偶断开)D1：MAX6675的标识符D0：三态4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一热电偶传感器的选型与检测05.控制继电器开关双色灯任务实施05.Python程序测试热电偶传感器任务所需软件如下所示：VNC-Viewer环境准备任务所需硬件如下所示：树莓派4BMAX6675热电偶模块5.1.根据引脚说明和连线图连接设备步骤1：各设备对应接口如以下表说明K型热电偶MAX6675红+蓝-树莓派T型转接板MAX66755V*VCCGNDGNDGND-G6SCK-G5SO-G13CS（2）如图所示，使用杜邦线将树莓派连接面包板后的GPIO与MAX6675模块连接起来，由板载的5V为模块供电。 图：树莓模块连接图5.2.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。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。打开“mu”软件，单击“mu”软件界面上的“新建”按钮，新建一个名为“relay.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#-*-coding:utf-8-*-#支持中文注释importRPi.GPIOas

GPIOimport

timeGPIO.setmode(GPIO.BCM)GPIO.setup(13,GPIO.OUT)GPIO.setup(6,GPIO.OUT)GPIO.setup(5,GPIO.IN)def

MAX6675_Read():

value=0

GPIO.output(6,0)

GPIO.output(13,0)

for

x

in

range(16):

GPIO.output(6,1)

value<<=1

value|=GPIO.input(5)

GPIO.output(6,0)

GPIO.output(13,1)return

valuedef

main():

temp=0

con_flag=0

while(1):

temp=MAX6675_Read()

con_flag=temp&0x04

con_flag=con_flag>>2

if

con_flag==0:

temp=temp<<1

temp=temp>>4

real_temp=temp/4

print("当前的温度是："+real_temp+"℃")

else:

print("MAX6675不在线请检查")if__name__=='__main__':

main()运行结果（3）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。现在，你会听到嘀嗒声，那是常闭端口打开，常开端口闭合的声音。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）表示设置编号为17的引脚为GPIO的输出引脚，根据前面接线说明，此处即控制继电器的信号端口。GPIO.setup(17，GPIO.OUT)（3）MAX6675_Read()是一个自定义的函数用来得到max6675上转换好的16位数据，为CS和SCK拉为低电平开始获取数据，循环16次从而获得16位数字信号，SCK拉高，value初始值为0，通过左移一位留出位置来存放当前从SO处获得的数据即，拉低，因为数据是低电平有效。循环16次获得16位SO数据完，CS拉高即GPIO.output(7,1)。GPIO.output(6,0)GPIO.output(7,0)forxinrange(16):GPIO.output(6,1)value<<=1value|=GPIO.input(5)GPIO.output(6,0)SCK（4）主函数在调用MAX6675_Read()后，通过和获取到第2位的标志信息，该位为1表示掉线，该位默认为0用来判断max6675是否在线。通过移位来获取读出数据的第3～14位即温度值，测得的温度单位是0.25，所以要乘以0.25（即除以4）才能得到以度为单位的温度值。con_flag=temp&0x04con_flag=con_flag>>2temp=temp<<1 temp=temp>>4real_temp=temp/4《传感器应用》主讲教师：XXX

项目八燃气灶检测器PART08※热电偶传感器的选型与检测※实现燃气灶检测器08项目概述近日某公司生产的钢化玻璃燃气灶突然发生爆炸，发现由于燃气灶可燃气泄漏超过一定时间，未有任何的提示，当杨先生发现时已经酿成大祸。现某公司开始发现问题需要在自家燃气灶中加入检测器功能并加入报警功能与手机联动，小林作为公司的产品研发工程师，需要将其实现。使用树莓派开发套件编写程序调试实现上述功能，便于后续产品的研发。认识热电偶传感器的原理和选型01认识热电偶传感器检测方法02学习目标objective掌握MAX6675模块的时序01掌握Python语言中list列表的使用02技能目标objective掌握Python实现燃气灶检测的方法03TASKTWO任务二实现燃气灶检测器4任务概述储备知识任务实施任务目标231本次任务：掌握python语言的list列表的使用，通过树莓派中的GPIO库的功能开发程序，实现根据输入字符串开关风扇的功能。任务概述4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKTWO任务二实现燃气灶检测器01.掌握Python语言list列表的定义02.掌握Python语言中list列表数据的访问任务目标03.掌握Python语言中list列表数据的更新04.了解燃气灶的实现过程4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKTWO任务二实现燃气灶检测器01.了解Python3中列表的使用储备知识02.燃气灶的安全保护01.了解Python3中列表的使用序列，在各种编程语言里都是一种基本的数据结构，其主要特点是内部每个数据都有对应的位置值，称之为索引，并且都是从0开始依次增加。其中列表和元组是最常见的，它们都是存放多个数据元素的集合，在基本功能上都起着存放数据的作用，但还有着各自的不同作用。Python就包含6种内建的序列——列表元组字符串Unicode字符串xrange对象buffer对象对于python列表的理解可以和C语言里面的数组进行比较性的记忆与对照，它们有很多相似的地方，但列表的功能强大许多。列表的创建很简单就是把逗号分隔的不同的数据项使用方括号括起来。01语法注意列表的数据项可以包含了很多不同类型的数据：整型数字，浮点型，字符串以及对象等（c语言中的一个数组只能一个数据类型）。list1=['python','C语言',2021,2020]list2=[1,2,3,4,5]访问列表中的数据。02案例list=[1,2,3,4,5,6,7]print(list[3])##打印第四个元素print(list[-3])##打印倒数第三个元素注意最后一个元素的索引为-1，往前一位为-2，以此类推。运行结果使用索引获取数据案例temp=list[A:B]表示将list列表里从索引号位置为A开始的元素到B-1处元素之间的列表获取赋给temp。list=[1,2,3,4,5,6,7]print(list[1:])##打印第一个元素之后的内容print(list[:-2])##打印最后二个元素之前的内容print(list[1:-2]) ##从第二位开始（包含）截取到倒数第二位（不包含）print(list[::-1])##倒序输出运行结果使用“：”实现数据截取案例list=[1,2,3,4]print(list*3)#输出三遍运行结果使用*号实现列表的重复案例list1=['http','samba']list2=['linux','ftp']print(list1+list2)运行结果使用“+”实现列表的连接案例list=['linux','ftp'，'nfs']print('nfs'inlist)##判断是否存在运行结果使用in实现成员操作赋案例list=['linux','ftp'，'nfs'，'http'，'ssh']foriinlist:print(i)##遍历输出每个元素运行结果list列表遍历迭代案例service2=[['linux','ftp'，'nfs'],[1,2,3],['mike','tony','sun']]print(service2[2][1])##第三个元素中的第二个元素print(service2[:][1])##第二个元素运行结果列表的嵌套思考练习代码补全：输入一年中的某一天，判断这一天是这一年的第几天：【输入格式：YYYY-MM-DD】User_input=input('输入：年-月-日')Year=int(User_input.split('-')[0])##得到年份Month=int(User_input.split('-')[1])##得到月份Day=int(User_input.split('-')[2])##得到天li=[31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31]##所有平年各月份的天数…………更新列表中的数据。03append()对于列表的操作主要实现的是在特定的列表最后添加一个元素，并且只能一次添加一个元素，并且只能在列表最后。（1）append()list.append(元素A)extend()对于列表的操作主要实现的是对于特定列表的扩展和增长，可以一次添加多个元素，不过也只能添加在列表的最后。（2）extend()list.extend([元素A，元素B，……])Insert()对于列表的操作主要是在列表的特定位置添加想要添加的特定元素，比较常用，这里的特定位置是指元素所在列表中的位置索引号，需要注意的是这里的索引号都是从0开始的，不是从1开始的，这个大家需要特别注意。（3）insert()list.insert(A,元素B)##表示在列表m里面的第A+1处加入元素B案例list=['http','ssh','ftp']print(list+['firewalld'])list.append('firewalld')print(list)list.extend(['mysql','firewalld'])print(list)list.insert(1,'samba')print(list)运行结果删除列表里数据。04移除掉列表m里面的特定元素。（1）list.remove()list.remove(元素A)它的作用是删除掉列表里面的索引号位置为n的元素，这里需要注意的是del是一种操作语句。（2）dellist[n]dellist[n]它的作用是将列表m的最后一个元素返回，并且在此基础上进行删除掉（3）list.pop()list=list.pop()##这里temp就会直接等于吗列表里最后一个元素。案例list=['http','ssh','ftp','mysql','firewalld','samba']print(list.pop())list.remove('ssh')print(list)dellist[3]print(list)dellist运行结果对列表里的数据重新赋值05list=['http','ssh','ftp','mysql','firewalld','samba']list[0]='mysql'##通过索引重新赋值list[:2]=['samba','iscsi']##通过切片给前两个元素重新赋值print(list)运行结果排序06list=['alice','Bob','coco','Harry']list.sort()print("排序结果",list)list.sort(key=str.lower)###对字符串排序不区分大小写，相当于将所有元素转换为小写，再排序print("小写字母排序结果"，list)list.sort(key=str.upper)###相当于将所有元素转换为大写，再排序print("大写字母排序结果"，list)list.sort()根据ASCII码值对list列表里里的数据进行排序，同时不区分大小写。案例运行结果其他常见列表操作函数07list.count(A)：输出元素A在列表m里面出现的次数list.index(A)：输出元素A在列表m里面的索引位置号list.reverse()：将列表m进行前后的翻转，前变后，后变前思考练习

使用list列表实现以下八大行星列表的变化：1.创建列表存储行星："金星","地球","火星","木星","土星","天王星"2.在第一个位置插入"水星"3.在末尾追加"海王星"4.打印从太阳到地球之间的行星(前两个行星)5.打印地球以后的行星(一行一个)6.倒序打印所有行星思考练习利用列表方法，设计一个程序，用来实现帮助小学生进行百以内的算术练习，提供10道加、减、乘或除四种基本算术运算的题目存储在列表中；练习者根据显示的题目输入自己的答案，程序自动判断输入的答案是否正确并显示出相应的信息。02.燃气灶的安全保护以上是普通燃气灶在使用过程中利用K型热电偶增加的安全保护，下面我们会在此基础上增加没有正常点着火以及模拟利用压力传感器判断炒菜是否结束进而自动关闭燃气阀门这两个环节，进一步提高燃气灶的使用安全性。4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKTWO任务二实现燃气灶检测器03.代码实现燃气灶程序任务实施03.代码实现燃气灶程序任务所需软件如下所示：VNC-Viewer环境准备任务所需硬件如下所示：树莓派4BMAX6675热电偶模块3.1.根据引脚说明和连线图连接设备步骤1：各设备对应接口如以下表说明K型热电偶MAX6675红+蓝-树莓派T型转接板MAX66755V*VCCGNDGNDGND-6SCK-5SO-13CS（2）如图所示，使用杜邦线将树莓派连接面包板后的GPIO与MAX6675模块连接起来，由板载的5V为模块供电。 3.2.实现智能燃气灶检测步骤1：编写代码实现智能燃气灶检测开启树莓派电源->打开“VNC-Viewer”软件连接树莓派->输入IP地址->用户名密码。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。打开“mu”软件，单击“mu”软件界面上的“新建”按钮，新建一个名为“SmartCorridorLights.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（1）打火时先判断传感器是否正常在线，在正常的基础上判断点火成功与否；点着火之后判断是否出现偶然自熄火情况，自动关闭电磁阀门；最后判断炒菜结束是否忘记关闭阀门，如出现自动关闭电磁阀门。importRPi.GPIOas

GPIOimport

timeimport

randomGPIO.setmode(GPIO.BCM)GPIO.setup(13,GPIO.OUT)GPIO.setup(6,GPIO.OUT)GPIO.setup(5,GPIO.IN)def

MAX6675_Read():

GPIO.output(13,0)

GPIO.output(6,0)

value=0

for

x

in

range(16):

GPIO.output(6,1)

value<<=1

value|=GPIO.input(5)

GPIO.output(6,0)

GPIO.output(13,1)

return

valuedef

get_realtemp(float

temp):

temp=temp<<1

temp=temp>>4

real_temp=temp/4

return

tempdef

main():list_check=[]

while(1):iflen(list_check)>15:print("该燃气灶的出错次数过多，为了安全起见，请及时为其进行安全检查")

list_check.clear()

str=input("请打火:")

temp=MAX6675_Read()

con_flag=temp&0x04

con_flag=con_flag>>2

if

con_flag==0:

time.sleep(1)

real_temp=get_realtemp(temp)

print("当前的温度是："+real_temp+"℃")

if

real_temp<200:

print("没有正常打着火，自动关闭煤气管道，请再次打火。")

list_check.append("error")

else:

print("正常打着火了！")

while(1):

temp_now=MAX6675_Read()

real_temp_now=get_realtemp(temp_now)

if

real_temp_now<200:

print("突然熄火，自动关闭电磁阀门")list_check.append("error")

randint_data=random.randint(1,10)

#模拟压力传感器，判断是否炒完菜

if

randint_data<5:

print("现在炒完菜了")

time.sleep(5)

temp_done=MAX6675_Read()

real_temp_done=get_realtemp(temp_done)

if

real_temp_done>200:

print("可能忘记关闭燃气灶，为了安全现在自动关闭煤气！")

continue

time.sleep(2)

else:

print("MAX6675不在线请检查,存在安全隐患！请立即联系维修人员")if__name__=='__main__':

main()代码详解（1）通过生成随机数简单模拟压力传感器数值以此判断炒菜是否结束，再读取热电偶数据，确认是否熄火。randint_data=random.randint(1,10)（2）len(list_check)返回list_check列表的长度；list_check.clear()清空列表。技能拓展利用list列表实现后台管理员管理前台会员信息系统，达到以下效果：1.后台管理员只有一个用户:admin,密码:admin2.当管理员登陆成功后，可以管理前台会员信息.3.会员信息管理包含:添加会员信息、删除会员信息、查看会员信息、退出技能拓展-添加用户1).判断用户是否存在?2).如果存在，报错；3).如果不存在，添加用户名和密码分别到列表中;-删除用户1).判断用户名是否存在2).如果存在，删除；3).如果不存在，报错；《传感器应用》主讲教师：XXX

项目九煤气泄漏检测器PART09※气敏传感器选型与检测※实现煤气泄漏检测器09项目概述在厨房中几乎家家都在用煤气做饭，但如果发生煤气泄漏，这是很危险的。某公司发现该商机需要设计一个煤气泄漏检测器，使用气敏传感器作为检测煤气的主要传感器当发现有煤气泄漏时及时开启通风扇将气体排出在外。小林作为公司的产品研发工程师，需要将其实现。使用树莓派开发套件编写程序调试实现上述功能，便于后续产品的研发。认识气敏传感器的工作原理和检测方法01掌握Python语言中数据可视化的实现02学习目标objective掌握集成气敏传感器、继电器和风扇实现煤气泄漏检测器01技能目标objectiveTASKONE任务一气敏传感器选型与检测4任务概述储备知识任务实施任务目标231本次任务：掌握气敏传感器的工作原理，分别通过万用表和Python程序验证气敏传感器的工作过程。任务概述4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一气敏传感器选型与检测01.了解超声波的特性02.了解气敏传感器的工作原理和工作过程任务目标03.掌握万用表检测气敏传感器的工作过程04.掌握Python程序检测气敏传感器的工作过程4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一气敏传感器选型与检测01.认识气敏传感器储备知识02.气敏传感器的结构与工作原理03.气敏传感器的选型01.认识气敏传感器气敏传感器是用来检测气体浓度和成分，并将其转换成电信号的传感器，它对于环境保护和安全监督方面起着极重要的作用。气敏传感器是暴露在各种成分的气体中使用的。由于检测现场温度、湿度的变化很大，又存在大量粉尘和油雾等。所以气体对传感元件的材料会产生化学反应物，附着在元件表面，往往会使其性能变差。工作条件较恶劣。0102030405能够检测报警气体的允许浓度和其他标准数值的气体浓度能长期稳定工作重复性好响应速度快共存物质所产生的影响小对气敏传感器有下列要求02.气敏传感器的结构与工作原理2.1.气敏传感器的结构金属氧化物半导体分成——气敏传感器所用材料：金属氧化物为了提高某种气敏电阻对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成这些材料是，还会掺入催化剂，如N，PL。气敏传感器实物如图所示。塑性半导体（如fqo）F型半导体（如pbo）2.2.气敏传感器的工作原理声波器件表面的波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器通过测量声表面波频率的变化就可以获得准确的反应气体浓度的变化值。利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜。当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附）［使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。图：气敏传感器模块的电路图如上图所示，为气敏传感器模块电路图，其中U1A为集成运算放大器，在这里是比较器的作用。D2的作用是电源指示灯，当有外部电源接入时，D2会点亮。U1A的正相输入③连接可调电阻W1，U1A的反相输入②接AO该路信号是采集端信号，即可燃气信号。LED灯D2和R2电阻构成串联分压电路由于LED灯D1的阴极有连接到U1A的①脚，因此①脚的输出电压为LED灯D1的阴极提供了一个负电位，从而使其导通，D1亮起；反之，气体浓度减小（信号减弱），反向输出值绝对值变小，使得阴极电位升高，二极管不导通，D1熄灭。气体浓度增大（信号增强），使得引脚②输入电压升高，当高于U1A的比较电压时，U1A的①脚就会有一个反向的输出，②的输入电压越大，反向输出的绝对值越大。03.气敏传感器的选型气敏传感器的主要电气特性输入电压（VDC）DO输出（mm）功耗电流（mA）AO输出在通常情况下，气敏传感器输入电压5V，功耗电流150mA,DO输出为TTL数字量0和1（对应电压为0.1V和5V左右），AO输出为模拟量（相对无污染时电压为0.1～0.3V，高浓度电压4V左右）。我们本次实验使用树莓派的5V电源供电，采用型号为MQ-2的气敏传感器来进行测试。传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为该气体浓度相应的输出信号。MQ-2气敏传感器气敏材料在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（Sn02）。当传感器所处环境中存在可燃气体时传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对于天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器，可以用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、烟雾等的探测。思考练习请举例说明哪哪些场景中可以应用到气敏传感器，并加以说明？4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一气敏传感器选型与检测04.检测气敏传感器任务实施05.控制继电器开关双色灯任务所需软件如下所示：VNC-Viewer环境准备任务所需硬件如下所示：树莓派4B气敏传感器打火机4.1.根据引脚说明和连线图连接设备步骤1：各设备对应接口如以下表说明树莓派T型转接板气敏传感器模块5V5VVCCGNDGNDGND--DO4.2.使用打火机和万用表实现检测气敏传感器利用先打火再吹灭打火机释放出来的可燃气体，靠近气敏传感器，观察传感器模块上LED灯的变化，同时使用数字万用表测量DO口的输出电压值的变化，操作步骤如下：如图所示在通电状态下电源指示灯处于常量状态，而DO输出指示灯处于熄灭状态，可以通过灵敏度调节使DO输出指示灯处于临界状态。图：气敏传感器模块各接口说明然后，将打火机远离传感器模块，再用万用表以同样方法测量其电压值，观察DO输出指示灯状态并记录。使用先打火后吹灭的打火机靠近气敏传感器模块，实现传感器周围气体浓大增加。此时，数字万用表选用直流电压的20V档位，红色表笔接DO口，黑色表笔接GND，测量其电压值。观察DO输出指示灯状态并记录下来。技能拓展尝试通过GPIO外接LED灯，通过代码方式进行检测，要求检测到可燃气体时点亮LED灯，反之则熄灭。《传感器应用》主讲教师：XXX

项目九煤气泄漏检测器PART09※气敏传感器选型与检测※实现煤气泄漏检测器09项目概述在厨房中几乎家家都在用煤气做饭，但如果发生煤气泄漏，这是很危险的。某公司发现该商机需要设计一个煤气泄漏检测器，使用气敏传感器作为检测煤气的主要传感器当发现有煤气泄漏时及时开启通风扇将气体排出在外。小林作为公司的产品研发工程师，需要将其实现。使用树莓派开发套件编写程序调试实现上述功能，便于后续产品的研发。认识气敏传感器的工作原理和检测方法01掌握Python语言中数据可视化的实现02学习目标objective掌握集成气敏传感器、继电器和风扇实现煤气泄漏检测器01技能目标objectiveTASKTWO任务二实现煤气泄漏检测器4任务概述储备知识任务实施任务目标231本次任务：在了解气敏传感器的结构和工作原理，实现根据声音气敏传感器得到的模拟量值，调用Python的2D图形库绘制折线图进行数据呈现，同时采集数据与预先设定的临界值进行比较，利用树莓派的GPIO库提供的功能，通过继电器模块对风扇进行控制，模拟实现对煤气泄漏情况的处理。任务概述4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKTWO任务二实现煤气泄漏检测器01.掌握Python语言的Matplotlib功能包实现数据可视化02.掌握Python程序调用PCF8591和GPIO库函数任务目标4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKTWO任务二实现煤气泄漏检测器01.Python数据可视化介绍储备知识01.Python数据可视化介绍Python提供了丰富的数据分析、数据展示库来支持数据的可视化分析。Python为数据展示提供了大量优秀的功能包。本项目主要使用极具代表性的功能包Matplotlib数据可视化数据分析Python的主要应用场景在树莓派系统中，自带的Python开发环境已经安装了Matplotlib功能包，因此只需要通过import关键字导入后便可以使用。功能包Matplotlib（一个2D绘图库）只要给出符合格式的数据，可以方便地制作折线图、柱状图、散点图等各种高质量的数据图。4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKTWO任务二实现煤气泄漏检测器02.使用Matplotlib生成数据图任务实施03.Python程序实现煤气泄漏检测器2.1.Matplot数据图基础案例102.使用Matplotlib生成数据图Matplot的用法非常简单，对于最简单的折线图，程序只需要根据需要给出对应的X轴、Y轴数据，调用pyplot子模块下的plot函数即可生成简单的折线图。例如案例代码所示：importmatplotlib.pyplotasplt#plot指定x坐标和y坐标上的刻度值plt.plot([1,2,3,4])#指定y轴标签plt.ylabel('somenumbers')#展示图片plt.show()运行结果代码详解可以看到，该案例只要几行代码，就显示了一个图形。我们观察一下这个图会发现，Y轴是1到4，而X轴是1到3，这是由于我们在plot方法中传入的参数，即列表[1,2,3,4]，这里我们只传了一个列表，matplotlib会默认当做Y轴的值，X轴是默认分配的，Python中ranges默认是从0开始的，所以X轴是从0-3。例如，plt.plot([1,2,3,4])修改成plt.plot([1,2,3,4],[1,4,9,16]),运行结果如下：我们也可以指定X轴的值如左图所示，红色箭头所指坐标就是X、Y轴坐标，可以看到，折线图的轨迹是按照（1,1）（2,4）、（3,9）和（4,16）四个关键点连接而成，和plot方法中的两个列表相对应。案例2Matplotlib模块中的pyplot子模块下的plot函数除了可以设置X轴、Y轴，还可以接收其他参数来控制绘制图形的颜色和类型，这里默认是''，可以是1个或多个字符的组合。例如'b_'字符组合中——'b'表示颜色是blue'-'表示solidline线条或标记的常用样式可以采用如下表所示的设置标记含义标记含义-代表实线，是默认值o坐标中标记位为圆圈-.代表短线、点相间的虚线v坐标中标记位为下三角形:代表点线^坐标中标记位为上三角形.坐标中标记位为点<坐标中标记位为左三角形,坐标中标记位为像素>坐标中标记位为右三角形线条或标记可以使用的颜色可以采用如下表所示的设置标记表示颜色b或blue蓝色g或green绿色r或red红色c或cyan蓝绿色标记表示颜色m或magenta品红色y或yellow黄色k或black黑色w或white白色我们在案例1的基础上增加对于线条标记样式的设置，即——plt.plot([1,2,3,4],[1,4,9,16],'ro')其中'ro'表示红色、圆圈标记。数据图的运行结果如右图就颜色来说，上面只介绍了几种颜色的缩写，那我们想用其他颜色咋办呢？我们可以直接用参数指定，即——plt.plot([1,2,3,4],[1,4,9,16],color='green',marker='^',markersize=15,markerfacecolor='red')运行结果案例3在前面的案例中，我们说过，参数中只设置1个列表list，会初始化Y轴，若传入2个，会初始化X轴和Y轴；这里观察案例2的最后一张数据图可以发现，X轴和Y轴的起始点不一样，而我们是可以修改这个轴的，代码如右。plt.plot([1,2,3,4],[1,4,9,16],color='green',marker='^',markersize=15,markerfacecolor='red')#设置轴坐标[xmin,xmax,ymin,ymax]#xmin和xmax表示X轴的最小值和最大值#ymin和ymax表示Y轴的最小值和最大值plt.axis([1,8,1,32])运行结果2.2.Matplot数据图进阶案例4matplotlib是可以组合许多的小图,放在1张大图里面显示的，即实现图中图，使用到的方法叫做subplot。请看案例代码。importmatplotlib.pyplotaspltplt.figure()plt.subplot(2,2,1)plt.plot([0,1],[0,1])plt.subplot(2,2,2)plt.plot([0,1],[0,2])plt.subplot(2,2,3)plt.plot([0,1],[0,3])plt.subplot(224)plt.plot([0,1],[0,4])plt.show()运行结果代码详解（1）使用import导入matplotlib.pyplot模块,并简写成plt。使用创建一个图像窗口。plt.figure（2）使用plt.subplot来创建小图。表示将整个图像窗口分为2行2列,当前位置为1.使用在第1个位置创建一个小图。plt.subplot(2,2,1)plt.plot([0,1],[0,1])（3）表示将整个图像窗口分为2行2列,当前位置为2。使用在第2个位置创建一个小图。plt.subplot(2,2,2)plt.plot([0,1],[0,2])（4）表示将整个图像窗口分为2行2列,当前位置为3。plt.subplot(2,2,3)可以简写成plt.subplot(223),matplotlib同样可以识别。使用在第3个位置创建一个小图。plt.plot([0,1],[0,3])plt.subplot(2,2,3)（5）表示将整个图像窗口分为2行2列,当前位置为4。使用plt.plot([0,1],[0,4])在第4个位置创建一个小图。plt.subplot(224)案例5以案例4中的4个小图为例,如果把第1个小图放到第一行,而剩下的3个小图都放到第二行，可以采用以下代码实现。importmatplotlib.pyplotaspltplt.figure()plt.subplot(2,1,1)plt.plot([0,1],[0,1])plt.subplot(2,3,4)plt.plot([0,1],[0,2])plt.subplot(235)plt.plot([0,1],[0,3])plt.subplot(236)plt.plot([0,1],[0,4])plt.show()如果希望展示的小图的大小不相同,应该怎么做呢?运行结果代码详解（1）使用plt.subplot来创建小图。表示将整个图像窗口分为2行1列,当前位置为1.使用在第1个位置创建一个小图。plt.subplot(2,1,1)plt.plot([0,1],[0,1])（2）使用将整个图像窗口分为2行3列,当前位置为5。使用在第5个位置创建一个小图。同上,再通过在第6个位置创建小图。plt.subplot(235)plt.plot([0,1],[0,3])plt.subplot(236)（3）使用plt.subplot(2,3,4)将整个图像窗口分为2行3列,当前位置为4。使用plt.plot([0,1],[0,2])在第4个位置创建一个小图。这里需要解释一下为什么第4个位置放第2个小图.上一步中使用将整个图像窗口分为2行1列,第1个小图占用了第1个位置,也就是整个第1行.本步骤中使用将整个图像窗口分为2行3列,于是整个图像窗口的第1行就变成了3列,也就是成了3个位置,于是第2行的第1个位置是整个图像窗口的第4个位置。plt.subplot(2,1,1)plt.subplot(2,3,4)思考练习（1）Python环境下利用matplotlib库实现一个数据图，该图X轴标签为年份，刻度为2011～2017，Y轴标签为效益（万元），刻度为一个列表[58,62,65,71,84,91,107],所画数据线样式为红色点线，标记位为蓝色边框的上三角形。思考练习（2）利用matplotlib库实现一个图中图，该图分为2行，第1行有2张子图，第2行有3张子图，每个图的X、Y坐标系自定。03.Python程序实现煤气泄漏检测器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继电器模块PCF8591模块树莓派4B气敏传感器风扇打火机3.1.根据引脚说明和连线图连接设备（1）各设备对应接口如以下表说明：树莓派T型转接板PCF8591模块SDASDASDASCLSCLSCL5V5VVCCGNDGNDGNDPCF8591模块T型转接板气敏传感器AINO0-AOVCC5VVCC(+)GNDGNDGND(G)树莓派T型转接板继电器模块GPIO28GPIO20INGNDGNDDC-5V5V0DC+5V5VCOM风扇T型转接板继电器模块DC+*NODC-GND*3.2.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。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“checkGas.py”的Python文件。步骤2：编写和验证代码输入代码，实现煤气泄漏检测，要求通过数据图显示最近10秒内煤气的变化情况，当泄漏值达到或超过临界值时，可以看到数据线的变化情况，同时打开风扇进行排气。#-*-coding:utf-8-*-#支持中文注释importmatplotlib.pyplotasplt#从pyplot导入MultipleLocator类，这个类用于设置刻度间隔frommatplotlib.pyplotimportMultipleLocatorimportPCF8591asADCimporttimeimportRPi.GPIOasGPIOADC.setup(0x48)GPIO.setmode(GPIO.BCM)GPIO.setup(20,GPIO.OUT)i=0x_values=list(range(11))list_data=list(range(11))whileTrue:V_Value=ADC.read(0)ifV_Value>=100:GPIO.output(20,0)else:GPIO.output(20,1)list_data[i]=V_Valuetime.sleep(1)ifi==10:i=0plt.plot(x_values,list_data,c='green')

#设置数据图上方的标题和文字大小plt.title('煤气泄漏数据变化图',fontsize=24)

#设置X、Y轴为主刻度，且显示大小为14plt.tick_params(axis='both',which='major',labelsize=14)

#设置X、Y坐标轴的标签说明和文字大小

plt.xlabel('Time',fontsize=14)plt.ylabel('CO',fontsize=14)#把x轴的刻度间隔设置为1，并存在变量里x_major_locator=MultipleLocator(1)

#把y轴的刻度间隔设置为50，并存在变量里y_major_locator=MultipleLocator(50)

#ax为两条坐标轴的实例ax=plt.gca()

#把x轴的主刻度设置为1的倍数ax.xaxis.set_major_locator(x_major_locator)

#把y轴的主刻度设置为10的倍数ax.yaxis.set_major_locator(y_major_locator)

#把x轴的刻度范围设置为0到11

plt.xlim(0,11)

#把y轴的刻度范围设置为0到200

plt.ylim(0,200)

#将数据图显示出来plt.show()else:i+=1（5）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：煤气未泄漏时的数据线图：煤气泄漏时的数据线代码详解（1）表示通过数模转换设备PCF8591获取可燃气数据，赋值给V_Value，再对V_Value进行判断，如果大于或等于临界值100，则发信号给继电器外接在T型板上的IN口发出信号，进而打开继电器连接的风扇，实现排气功能。V_Value=ADC.read(0)代码详解（2）列表和分别记录最近10秒和对应的煤气值，每隔1秒采集1次数据，并通过进行赋值。这里使用计数器i来计算所经过的时间，当i累加到10，表示10秒已过，重新从0开始，进入下一个10秒。x_valueslist_datalist_data[i]=V_Value技能拓展在以上代码的基础上进行改进，要求以图中图的方式显示1分钟内煤气泄漏的变化情况，而图的分布为第1行显示前30秒的数据变化情况，第2行显示后30秒的数据变化情况。《传感器应用》主讲教师：XXX

项目十冰箱温湿度检测器PART10※温湿度传感器选型与检测※实现冰箱湿度检测器10项目概述某品牌公司使用温湿度模块过于老旧精度不精确，现某公司要设计一个冰箱的温湿度监测产品使用模块更为精确合适，小林是公司的产品研发工程师，使用新的温湿度模块获取精确的温湿度数据，使用树莓派开发套件编写程序调试实现上述功能，便于后续产品的研发。认识温湿度传感器的工作原理和检测方法01认识热敏和湿敏传感器的工作原理和应用02学习目标objective技能目标objective掌握Python语言中列表的定义和使用方法01掌握Python语言中文件的读写方法02掌握Python语言驱动温湿度传感器方法03TASKONE任务一温湿度传感器选型与检测4任务概述储备知识任务实施任务目标231本次任务：在掌握温湿度传感器的原理后，连接好电路板，通过Python程序获取传感器传输的数据，并在程序控制台中显示二进制数据。任务概述4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一温湿度传感器选型与检测01.了解热敏电阻和温敏电阻的工作原理02.了解温湿度传感器的工作原理任务目标03.掌握Python程序获取温湿度传感器的数据的方法4任务概述储备知识任务实施任务目标231TASKONE任务一温湿度传感器选型与检测01.温湿度及其测量储备知识02.温湿度传感器的选型03.温湿度传感器的工作原理04.了解Python的数据组合类型01.温湿度及其测量温度和湿度有着密不可分的关系，它们如同亲密的战友，必须密切配合，协同合作才能让事物朝着预想的方向行进。1农林渔牧2卫生医药3食品4电子产品5冷链物流温湿度的监控显得尤其重要，需要及时进行温湿度的监控，并利用监控结果进行分析调节。在很多领域，比如——温度（temperature）温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。而用来量度物体温度数值的标尺叫温标，国际单位为热力学温标（K），用得较多的其他温标有华氏温标（°F）、摄氏温标（°C）。湿度（Humidity）在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿，最常用的表示湿度的