Python与硬件学习笔记：蜂鸣器
相信大家对蜂鸣器都不会陌生，很多产品和方案中都会用到蜂鸣器，大部分都是使用蜂鸣器来做提示或报警，比如按键按下、开始工作、工作结束或是故障等等。这里对单片机在蜂鸣器驱动上的应用作一下描述。
蜂鸣器的介绍、原理及其驱动方式
（一）蜂鸣器的介绍
1．蜂鸣器的作用：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
2．蜂鸣器的分类：蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
3．蜂鸣器的电路图形符号蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。
（二）蜂鸣器的结构原理
1．压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
2．电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
（三）驱动方式
惯用驱动蜂鸣器的方式有两种：一种是PWM 输出口直接驱动，另一种是利用I/O定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。
PWM 输出口直接驱动是利用PWM输出口本身可以输出一定的方波来直接驱动蜂鸣器。在单片机的软件设置中有几个系统寄存器是用来设置PWM口的输出的，可以设置占空比、周期等等，通过设置这些寄存器产生符合蜂鸣器要求的频率的波形之后，只要打开PWM输出，PWM输出口就能输出该频率的方波，这个时候利用这个波形就可以驱动蜂鸣器了。比如频率为2000Hz的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为500μs，这样只需要把PWM的周期设置为500μs，占空比电平设置为250μs，就能产生一个频率为2000Hz的方波，通过这个方波再利用三极管就可以去驱动这个蜂鸣器了。
而利用I/O 定时翻转电平来产生驱动波形的方式会比较麻烦一点，必须利用定时器来做定时，通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求的频率的波形，这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了。比如为2500Hz的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为400μs，这样只需要驱动蜂鸣器的I/O口每200μs翻转一次电平就可以产生一个频率为2500Hz，占空比为1/2duty的方波，再通过三极管放大就可以驱动这个蜂鸣器了。
有源蜂鸣器与无源蜂鸣器有什么区别
这里的“源”不是指电源。而是指震荡源。 也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫。而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K~5K的方波去驱动它。因此有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。无源蜂鸣器的优点是：便宜、声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果、在一些特例中，可以和LE复用一个控制口。有源蜂鸣器的优点是：程序控制方便 。
模块使用
在此我们利用蜂鸣器实现一个简单的整点报时功能，在这里我们选用有源蜂鸣器，只要通电就会发声，这样程序控制简单，无源蜂鸣器的控制发声，需要利用PWM进行输出，PWM控制输出可参见温度传感器DS18B20。
1、所需材料：
• 有源蜂鸣器一个
• 树莓派
• 杜邦线数根
2、引脚连接说明：
| 有源蜂鸣器 | 树莓派 |
| - | GND |
| + | 5v |
| S | GPIO 7 |
3、程序编写：
为了使蜂鸣器鸣叫的程序模块化，将这一部分代码放到独立的 libbeep.py 文件中,代码如下：
import RPi.GPIO as GPIO
import time
PIN_NO = 7 #GPIO编号，可自定义
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(PIN_NO, GPIO.OUT)
#哔1次，时长作为参数传递
def beep(seconds):
GPIO.output(PIN_NO, GPIO.HIGH)
time.sleep(seconds)
GPIO.output(PIN_NO, GPIO.LOW)
#哔N次，时长、间隔时长、重复次数作为参数传递
def beepAction(secs, sleepsecs, times):
for i in range(times):
beep(secs)
time.sleep(sleepsecs)
#beepAction(0.02,0.02,30)
在 alarm.py 中实现整点报时，代码如下：
import RPi.GPIO as GPIO
import time
import libbeep
while True:
t = time.localtime() #读取系统时间
h = t.tm_hour
m = t.tm_min
s = t.tm_sec
w = time.strftime('%w',t)#函数接收以时间元组，并返回以可读字符串表示的当地时间，%w一年中的星期数（00-53）星期一为星期的开始
print h,m,s,w
time.sleep(0.3)
if m == 0 and s == 0:
if h>22 or h<8:#为了晚上22点之后，上午8点之前不被打扰
print "continued"
continue
if h>12:
h = h-12
libbeep.beepAction (0.3,0.5,h)
time.sleep(1)
if m == 30 and s == 0:
if h>22 or h<8:
print "continued"
continue
libbeep.beepAction (0.05,0.05,2)
time.sleep(1)
为了方便测试，我们可以把系统时间调整接近整点的时刻，在运行脚本，等待整点，感受自己制作的整点报时
使用此命令更改系统时间： sudo date -s"10:59:57 2015-04-03"
执行脚本： sudo python alarm.py
最后等待铃声响起！