Подключение инфракрасного датчика к Raspberry Pi: схема и программа

Как мы знаем, Raspberry Pi является "великолепной" платформой разработки различных электронных систем. В отличие от других подобных платформ ее отличает высокая производительность, основанная на использовании микропроцессора с архитектурой ARM. Также она очень удобна для создания различных проектов тематики интернета вещей (Internet of Things, IoT) благодаря встроенному Wi-Fi.

В данной статье мы рассмотрим подключение инфракрасного датчика к плате Raspberry Pi. Подобные датчики находят широкое применение в робототехнике, например, роботах, движущихся вдоль линии или разнообразных счетчиках посетителей. Инфракрасные датчики способны обнаруживать наличие предмета впереди них, а также отличать белый цвет от черного.

В этом проекте при отсутствии объекта впереди инфракрасного датчика будет гореть светодиод красного цвета, а при наличии объекта впереди датчика мы светодиод красного цвета будем выключать, а светодиод зеленого цвета включать. Данный проект можно рассматривать как простейшую систему безопасности.

Необходимые компоненты

Плата Raspberry Pi (купить на AliExpress).
Модуль инфракрасного датчика (купить на AliExpress).
Светодиоды зеленого и красного цвета (купить на AliExpress).
Макетная плата.
Соединительные провода.

Модуль инфракрасного датчика

Инфракрасные датчики (IR sensors) представляют собой устройства, способные обнаруживать объекты перед ними. При наличии объекта перед ними они формируют напряжение 3.3V на своем выходе, при отсутствии объекта на их выход подается напряжение 0V. Эти свойства датчика обеспечиваются благодаря наличию в нем инфракрасной "пары" – передатчика и приемника. Инфракрасный передатчик (IR LED) испускает инфракрасные лучи, которые отражаются от объекта (если он есть) и принимаются инфракрасным приемником (фотодиодом). Сигнал с выхода фотодиода усиливается операционным усилителем (например, LM358). Внешний вид инфракрасного датчика показан на следующем рисунке.

У инфракрасного датчика всего 3 контакта: 5V, Gnd и Out. В нашем проекте он будет запитываться от контакта 5V платы Raspberry Pi, а его выход будет подключаться к контакту GPIO14 платы. Потенциометр в составе модуля инфракрасного датчика используется для регулировки диапазона работы датчика.

Схема проекта

Схема подключения инфракрасного датчика к плате Raspberry Pi представлена на следующем рисунке.

Питание и земля инфракрасного датчика подключены к контактам 5V и земли платы Raspberry Pi, а выходной контакт датчика подключен к контакту GPIO14 платы. Для индикации состояния проекта мы использовали светодиоды красного и зеленого цвета, подключенные к контактам GPIO3 и GPIO2 платы Raspberry Pi.

Поскольку контакты ввода/вывода платы Raspberry Pi работают с напряжениями 3.3V, то использование резистора для ограничения тока в данном случае не является обязательным. Но, тем не менее, желательно добавить резистор сопротивлением 470 Ом между землей и светодиодами.

Примечание: перед тестированием работы проекта убедитесь в том, что земля датчика подключена к земле платы Raspberry Pi иначе они не смогут обмениваться информацией.

Объяснение программы для Raspberry Pi

Существует несколько различных способов программирования платы Raspberry Pi – в этом проекте мы использовали Python 3 IDE как наиболее распространенный вариант. Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты. Подробнее про использование языка программирования Python в плате Raspberry Pi можно прочитать в статье про мигание светодиода с помощью данной платы.

В программе нам первым делом необходимо подключить (импортировать) библиотеку для работы с контактами ввода/вывода. Также мы импортируем эту библиотеку RPi.GPIO под именем “IO” (то есть переименовываем ее для использования в программе), то есть далее в программе всегда, когда мы захотим обратиться к контактам ввода/вывода, мы будем использовать слово ‘IO’.

import RPi.GPIO as IO

1	import RPi.GPIO as IO

Иногда контакты ввода/вывода (GPIO pins), которые мы собираемся использовать в программе, могут выполнять другие функции. В этом случае во время исполнения программы мы будем получать предупреждения (warnings). Следующей командой мы укажем плате Raspberry Pi на то, чтобы она игнорировала эти предупреждения и продолжала исполнение программы.

IO.setwarnings(False)

1	IO.setwarnings(False)

Мы можем обращаться к контактам ввода/вывода (GPIO pins) платы Raspberry Pi используя либо номер контакта на плате, либо его функциональный номер. В представленной выше распиновке контактов ввода/вывода можно увидеть, к примеру, что обозначение GPIO26 соответствует контакту PIN 37. То есть в зависимости от того, какой способ обращения к контактам мы выбрали, мы можем обращаться к рассмотренному контакту либо по номеру ‘37’, либо по номеру ‘26’. В данном проекте мы выберем способ обращения к контактам по их функциональным номерам, поэтому используем следующую команду:

IO.setmode (IO.BCM)

1	IO.setmode (IO.BCM)

Далее мы сконфигурируем 3 контакта в качестве цифровых входов/выходов. С двух контактов мы будем управлять включением/выключением светодиодов, а на третьем контакте мы будем считывать поступающие от инфракрасного датчика сигналы.

IO.setup(2,IO.OUT) #GPIO 2 -> Red LED as output
IO.setup(3,IO.OUT) #GPIO 3 -> Green LED as output
IO.setup(14,IO.IN) #GPIO 14 -> IR sensor as input

IO.setup(2,IO.OUT) #GPIO 2 -> Red LED as output

IO.setup(3,IO.OUT) #GPIO 3 -> Green LED as output

IO.setup(14,IO.IN) #GPIO 14 -> IR sensor as input

Когда объекта перед инфракрасным датчиком нет, мы будем включать светодиод красного цвета и выключать светодиод зеленого цвета.

    if(IO.input(14)==True): #object is far away
        IO.output(2,True) #Red led ON
        IO.output(3,False) # Green led OFF

if(IO.input(14)==True): #object is far away

IO.output(2,True) #Red led ON

IO.output(3,False) # Green led OFF

Если же объект близко к инфракрасному датчику, то мы будем включать светодиод зеленого цвета и выключать светодиод красного цвета.

С помощью команды "While 1:" мы будем формировать бесконечный цикл в программе.

Тестирование работы проекта

После того как аппаратная часть проекта у вас будет готова, то вы можете запускать программу проекта на исполнение. Если программа исполняется без ошибок, то на экране вы должны увидеть примерно следующую картину:

Если перед инфракрасным датчиком нет объекта, то должен гореть светодиод красного цвета как показано на следующем рисунке.

При появлении объекта перед датчиком светодиод красного цвета должен гаснуть, а светодиод зеленого цвета – зажигаться.

Исходный код программы на Python

import RPi.GPIO as IO  # подключение библиотеки для работы с контактами ввода/вывода
import time            # подключение библиотеки для работы с задержками
IO.setwarnings(False)   #отключаем показ любых предупреждений
IO.setmode(IO.BCM)      # мы будем программировать контакты GPIO по их функциональным номерам (BCM)
IO.setup(2,IO.OUT)      # GPIO 2 - к нему подключен светодиод красного цвета
IO.setup(3,IO.OUT)      #GPIO 3 - к нему подключен светодиод зеленого цвета
IO.setup(14,IO.IN)      #GPIO 14 - к нему подключен инфракрасный датчик
while 1:
    if(IO.input(14)==True):   # объект далеко (его нет)
        IO.output(2,True)     # включаем светодиод красного цвета
        IO.output(3,False)    # выключаем светодиод зеленого цвета
    
    if(IO.input(14)==False):  # объект близко
        IO.output(3,True)     # включаем светодиод зеленого цвета
        IO.output(2,False)    # выключаем светодиод красного цвета

import RPi.GPIO as IO # подключение библиотеки для работы с контактами ввода/вывода

import time # подключение библиотеки для работы с задержками

IO.setwarnings(False) #отключаем показ любых предупреждений

IO.setmode(IO.BCM) # мы будем программировать контакты GPIO по их функциональным номерам (BCM)

IO.setup(2,IO.OUT) # GPIO 2 - к нему подключен светодиод красного цвета

IO.setup(3,IO.OUT) #GPIO 3 - к нему подключен светодиод зеленого цвета

IO.setup(14,IO.IN) #GPIO 14 - к нему подключен инфракрасный датчик

while 1:

if(IO.input(14)==True): # объект далеко (его нет)

IO.output(2,True) # включаем светодиод красного цвета

IO.output(3,False) # выключаем светодиод зеленого цвета

if(IO.input(14)==False): # объект близко

IO.output(3,True) # включаем светодиод зеленого цвета

IO.output(2,False) # выключаем светодиод красного цвета

Видео, демонстрирующее работу проекта

(Проголосуй первым!)

Загрузка...

675 просмотров