树莓派基础实验13：雨滴探测传感器实验

一、介绍

   雨滴传感器或雨滴检测传感器，用于检测是否下雨以及降雨，广泛用于汽车的雨刷系统，智能照明系统和天窗系统。

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二、组件

★Raspberry Pi 3主板*1

★树莓派电源*1

★40P软排线*1

★PCF8591模数转换器模块*1

★雨滴传感器模块*1

★面包板*1

★跳线若干

三、实验原理

雨滴检测传感器

雨滴检测传感器原理图

  在雨滴系统中，用雨滴传感器检测降雨量，并转换控制器检测到的信号。然后根据这些信号自动设置雨刮器的时间隔，以方便地控制雨刮器的电机。在智能照明系统中，自动检测驾驶环境并调整照明模式，提高恶劣环境下的行车安全。在智能天窗系统中，检测是否下雨，如果检测到雨滴就自动关闭天窗。
  有两根金属线彼此靠近，但不会在雨水检测板上交叉。当雨水落在电路板上时，两根金属线会导通。因此两根金属线之间会有电压。

  控制板上有两个指示灯，电源指示灯PWR-LED和输出信号指示灯DO-LED。电源指示灯在通电后常亮，没有雨的时候出信号指示灯不亮；雨滴上去，候出信号指示灯亮。雨滴板和控制板是分开的，方便将线引出，大面积的雨滴板，更有利于检测到雨水。

  控制板上有两个输出，数字输出DO，模拟输出AO。接上5V电源电源灯亮，感应板上没有水滴时，DO输出为高电平，滴上一滴水，DO输出为低电平，刷掉上面的水滴，又恢复到输出高电平状态，灵敏度可以通过蓝色的可变电阻调节。

  AO模拟输出，连接到PCF8591的模拟输入AIN0口，通过比对模拟值转化为的数字值大小，可以检测滴在上面的雨量大小，雨水越大，电阻值越小，模拟值转化为的数字值越小。数字值的范围当然是0~255， 不同的值对应是降雨量的多少毫米，则需要实体测量，雨滴板的放置方式不同结果都不同，本文不作研究。

四、实验步骤

  第1步：连接电路。

树莓派	T型转接板	PCF8591模块
SDA	SDA	SDA
SCL	SCL	SCL
5V	5V	VCC
GND	GND	GND

雨滴传感器调理板	T型转接板	PCF8591模块
DO	G17	*
AO	*	AIN0
VCC	5V	VCC
GND	GND	GND

雨滴探测传感器实验原理图

雨滴探测传感器实验实物接线图

  第2步：PCF8591模块采用的是I2C（IIC）总线进行通信的，但是在树莓派的镜像中默认是关闭的，在使用该传感器的时候，我们必须首先允许IIC总线通信。

打开I2C总线通信

  第3步：开始编程。这里先编写一个PCF8591.py库文件，后面再编写一个python程序引入这个库文件。
  PCF8591.py库文件就是PCF8591模块的程序，单独编写是为了便于重用。在这个脚本中，我们使用了一个放大器用于模拟输入和一个LED灯用于模拟输出，模拟输入不能超过3.3V！
  该程序也可以单独运行，用于测试3个电阻模块的功能。需用短路帽连接AIN0和INPUT0（电位计模块），连接AIN1和INPUT1（光敏电阻模块），以及连接AIN2和INPUT2（热敏电阻模块）。
  连接LED灯，AIN0（模拟输入0）端口用于接收来自电位计模块的模拟信号，AOUT（模拟输出）用于将模拟信号输出到双色LED模块，以便改变LED的亮度。
  PCF8591的详细内容请查看树莓派基础实验12：PCF8591模数转换器实验。

#!/usr/bin/env python
#------------------------------------------------------
#
#       您可以使用下面语句将此脚本导入另一个脚本：
#           “import PCF8591 as ADC”                
#   
#   ADC.Setup(Address)  # 查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
# i2cdetect  is  a  userspace  program to scan an I2C bus for devices.
# It outputs a table with the list of detected devices on the specified bus.
#   ADC.read(channal)   # Channal范围从0到3 
#   ADC.write(Value)    # Value范围从0到255
#
#------------------------------------------------------
#SMBus (System Management Bus,系统管理总线) 
import smbus   #在程序中导入“smbus”模块
import time

# for RPI version 1, use "bus = smbus.SMBus(1)"
# 0 代表 /dev/i2c-0， 1 代表 /dev/i2c-1 ,具体看使用的树莓派那个I2C来决定
bus = smbus.SMBus(1)         #创建一个smbus实例

#在树莓派上查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
def setup(Addr):
    global address
    address = Addr

def read(chn): #channel
    if chn == 0:
        bus.write_byte(address,0x40)   #发送一个控制字节到设备
    if chn == 1:
        bus.write_byte(address,0x41)
    if chn == 2:
        bus.write_byte(address,0x42)
    if chn == 3:
        bus.write_byte(address,0x43)
    bus.read_byte(address)         # 从设备读取单个字节，而不指定设备寄存器。
    return bus.read_byte(address)  #返回某通道输入的模拟值A/D转换后的数字值

def write(val):
    temp = val  # 将字符串值移动到temp
    temp = int(temp) # 将字符串改为整数类型
    # print temp to see on terminal else comment out
    bus.write_byte_data(address, 0x40, temp) 
    #写入字节数据，将数字值转化成模拟值从AOUT输出

if __name__ == "__main__":
    setup(0x48) 
 #在树莓派终端上使用命令“sudo i2cdetect -y 1”，查询出PCF8591的地址为0x48
    while True:
        print '电位计   AIN0 = ', read(0)   #电位计模拟信号转化的数字值
        print '光敏电阻 AIN1 = ', read(1)   #光敏电阻模拟信号转化的数字
        print '热敏电阻 AIN2 = ', read(2)   #热敏电阻模拟信号转化的数字值
        tmp = read(0)
        tmp = tmp*(255-125)/255+125 
# 125以下LED不会亮，所以将“0-255”转换为“125-255”，调节亮度时灯不会熄灭
        write(tmp)
        time.sleep(2)

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  第4步：编写雨滴探测程序。感应板上没有水滴时，DO输出为高电平，数字输出指示灯DO-LED灭 ，打印 * Not raining *。滴上一滴水，DO输出为低电平，数字输出指示灯DO-LED亮，打印 * Raining！ *。刷掉上面的水滴，又恢复到输出高电平状态。

#!/usr/bin/env python
import PCF8591 as ADC
import RPi.GPIO as GPIO
import time

DO = 17
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

def setup():
    ADC.setup(0x48)
    GPIO.setup(DO, GPIO.IN)

def Print(x):
    if x == 1:
        print ''
        print '   ***************'
        print '   * Not raining *'
        print '   ***************'
        print ''
    if x == 0:
        print ''
        print '   *************'
        print '   * Raining!! *'
        print '   *************'
        print ''

def loop():
    status = 1   #初始状态为无水，高电平，所以为1
    while True:
        print ADC.read(0)  #打印模拟输出的值转化为的数字值（0~255）
        print GPIO.input(DO)  #打印数字输出DO的值（无雨为1，有雨为0）
        tmp = GPIO.input(DO)
        if tmp != status:      #滴水时DO输出为低电平，无水时为高电平
            Print(tmp)         # tmp != status即遇状态变化时，打印情况
            status = tmp
        
        time.sleep(2)

if __name__ == '__main__':
    try:
        setup()
        loop()
    except KeyboardInterrupt: 
        pass