描述

介紹

背景

在即將開(kāi)展的項(xiàng)目中，我使用 MCP3008 來(lái)監(jiān)控多個(gè)傳感器。在這個(gè)項(xiàng)目中，我想介紹在帶有 SPI 接口的 MCP3008 8 通道 10 位 ADC 上使用 Phantom YoYo 高靈敏度水傳感器與 Raspberry Pi 2、Windows 10 IoT Core 和 C# 的詳細(xì)信息。

使用 MCP3008

ADC 是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字并讀入您的應(yīng)用程序。MCP3008 是一個(gè) 10 位 ADC，這意味著它使用 10 位來(lái)表示通道上的值。該值將表示為 0 到 1023 之間的數(shù)字（總共 1024 個(gè)可能值）。然后將該數(shù)字轉(zhuǎn)換為有意義的值。例如，假設(shè)我想測(cè)量其中一個(gè)通道上的電壓，從該通道讀取的值為 523。我知道最大電壓為 3.3V。通道上的電壓使用以下公式計(jì)算

Value / Max Value * Vref

解決我的電壓我得到

523 / 1023 * 3.3

其值為1.687V 。我通過(guò)首先對(duì)讀數(shù)進(jìn)行歸一化，然后將歸一化讀數(shù)乘以已知最大值 3.3V 來(lái)計(jì)算該值。

當(dāng)獲得準(zhǔn)確的電壓測(cè)量值很重要時(shí)，我強(qiáng)烈建議測(cè)量 Raspberry Pi 的實(shí)際電壓，并在計(jì)算中使用該值以從 ADC 獲得更準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換。當(dāng)我測(cè)量我的時(shí)，我發(fā)現(xiàn)輸出是 3.301V（在源代碼中找到的值）。然而，與實(shí)際情況相差不遠(yuǎn)，其他類型的電路板可能差異更大。

當(dāng)然，當(dāng)我想計(jì)算電壓時(shí)，這是有道理的，但每個(gè)傳感器都有不同的含義。對(duì)于連接到 MCP3008 通道的每個(gè)傳感器，我需要了解具體細(xì)節(jié)并適當(dāng)?shù)亟忉屪x數(shù)。

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MCP3008 的接線非常簡(jiǎn)單。芯片本身在一端標(biāo)有一個(gè)槽口，代表引腳 1 和 16（參見(jiàn)此處的數(shù)據(jù)表）。

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引腳 1 到 8 是八個(gè)輸入引腳，被稱為通道 0 到 7。通道 0 是引腳 1。引腳 16 是 Vdd，連接到電壓源（Raspberry Pi 上為 3.3V 或 5V）。引腳 9 連接到 Raspberry Pi 上的接地引腳。引腳 15 和 14 用于參考模擬電路。引腳 15 是 Vref，MCP3008 使用它來(lái)確定其中一個(gè)通道上的最大電壓是多少。在我的示例中，我將此引腳連接到 Raspberry Pi 上的 3.3V 電源。當(dāng)向其中一個(gè)通道施加電壓時(shí)，MCP 會(huì)調(diào)整讀數(shù)，使 1023 代表 3.3V，0 代表 0V。這允許我在上面使用的計(jì)算工作。引腳 14 是模擬接地引腳。在我的示例中，我將它連接到 Raspberry Pi 上的接地引腳。如果需要保持模擬電路與數(shù)字電路隔離，那么該引腳將在模擬電路上接地。其余四個(gè)引腳（10 到 13）是用于與 Raspberry Pi 通信的 SPI 串行接口引腳。我在這個(gè)項(xiàng)目中包含的接線圖顯示了如何將這些引腳連接到 Raspberry Pi。

在這個(gè)項(xiàng)目中，我包含了一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓測(cè)量來(lái)演示這個(gè)概念。水傳感器讀數(shù)將展示對(duì)從通道讀取的值的另一種解釋。

項(xiàng)目概況

傳感器

在這個(gè)項(xiàng)目中，我將兩個(gè)電路合二為一。第一個(gè)是一個(gè)簡(jiǎn)單的電位器，它允許在 MCP3008 的一個(gè)引腳（通道 0）上改變電壓。這只是為了演示 MCP3008 的工作原理。第二個(gè)電路是連接到 MCP3008 上第二個(gè)通道（通道 1）的水傳感器。

Phantom YoYo 水傳感器具有三個(gè)引腳。第一個(gè)引腳接地（在設(shè)備上標(biāo)記為“-”），它將連接到 Raspberry Pi 上的接地引腳。下一個(gè)引腳是電源（在設(shè)備上標(biāo)記為“+”），它將連接到 Raspberry Pi 上的 3.3V 引腳（該設(shè)備也可以連接到 5V）。第三個(gè)也是最后一個(gè)引腳是信號(hào)（在設(shè)備上標(biāo)記為“s”。此引腳的電壓信號(hào)會(huì)根據(jù)設(shè)備上的水量而變化。請(qǐng)注意，此設(shè)備不是水位傳感器。它只是感知變化與設(shè)備接觸的水量。源極引腳將連接到 MCP3008 的輸入之一。

電路

支持傳感器的電路非常簡(jiǎn)單。該設(shè)備直接連接到電路板 Raspberry Pi，無(wú)需任何額外組件。

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1 / 5 ? Cobbler 分線套件

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項(xiàng)目軟件

應(yīng)用程序

我為此項(xiàng)目創(chuàng)建的應(yīng)用程序是一個(gè)通用 Windows 應(yīng)用程序，在主視圖中顯示兩個(gè)儀表。第一個(gè)儀表顯示在電位器電路上測(cè)量的當(dāng)前電壓。第二個(gè)顯示來(lái)自水傳感器的讀數(shù)，該讀數(shù)被歸一化為 0 到 100 的值。該軟件還允許校準(zhǔn)水傳感器。可以在頁(yè)面底部附近找到源代碼的鏈接。

MCP3008 庫(kù)

該軟件項(xiàng)目還包含一個(gè)單獨(dú)的項(xiàng)目，用于與 MCP3008 交互。此代碼可用于您的應(yīng)用程序，以便輕松地將 MCP3008 芯片集成到您的項(xiàng)目中。

要使用它，首先聲明一個(gè)類對(duì)象如下：

private Mcp3008 _mcp3008 = null;

在OnNavigatedTo事件中添加以下代碼：

_mcp3008 = new Mcp3008(0);

await_mcp3008.Initialize();

要從通道 0 讀取電壓，請(qǐng)使用以下代碼行：

float voltage = _mcp3008.Read(Mcp3008.Channels.Single0).AsScaledValue(3.3f);

請(qǐng)注意，使用Channel.Single0 which 表示該值是從一個(gè)通道讀取的。可以指定設(shè)備讀取兩個(gè)引腳之間的差異。這可以指定為Mcp3008.Channels.Differential0 指示測(cè)量應(yīng)被視為通道 0 和通道 1 之間的差異，其中通道 0 為正，通道 1 為負(fù)。源代碼是文檔，將提供解釋每個(gè)值的工具提示。

當(dāng)您使用完該對(duì)象后，通常會(huì)在您的OnNavigatedFrom事件中處理該對(duì)象。

_mcp3008.Dispose();

_mcp3008 = null;

入門

組裝電路

使用本指南組裝電路，同時(shí)使用頁(yè)面底部附近的圖表作為指南（請(qǐng)注意，電線的顏色是可選的，并且已被選擇以幫助使電路在構(gòu)建時(shí)易于遵循）。

注意：該項(xiàng)目使用可選的萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量電位器兩端的電壓。這樣做是為了將值與 MCP3008 讀取的值進(jìn)行比較。請(qǐng)注意這是可選的。如果您沒(méi)有萬(wàn)用表，則無(wú)法比較此電壓。這樣做是為了表明 MCP3008 讀取的值與萬(wàn)用表讀取的值相同。將萬(wàn)用表設(shè)置為測(cè)量直流電壓，如下圖所示（您的萬(wàn)用表可能看起來(lái)不同）。

• 將 T 形補(bǔ)鞋匠放在吟游詩(shī)人的左端（數(shù)字從 1 開(kāi)始）。最左邊的兩個(gè)引腳位于電路板上的E3和F3中。最右邊的兩個(gè)引腳位于E22和F22

• 將 50K Ω 電位器置于 J56、J58 和 J60 位置，調(diào)節(jié)旋鈕朝向面包板的 5v 側(cè)

• 在I58和I53之間放置 10K Ω 電阻

• 將MCP3008放入E31 ~ E38和F31 ~ F38 （芯片有圓圈的角放在E31 ）

• 可選：將黑色公對(duì)公跳線的一端放在G60位置（如果您使用的是萬(wàn)用表，則將黑色表筆連接到此線）

• 可選：將紅色公對(duì)公跳線的一端放在G58位置（如果您使用的是萬(wàn)用表，則將紅色導(dǎo)線連接到此線）

• 在F60和地之間連接一根藍(lán)色公對(duì)公跳線

• 在F58和C31 （MCP3008 的通道 1）之間連接橙色公對(duì)公跳線

• 在F53和3.3V+之間連接橙色公對(duì)公跳線

• 在J31和3.3V之間連接一根紅色公對(duì)公跳線

• 在J32和3.3V之間連接一根紅色公對(duì)公跳線?

• 在J33和地之間連接一根黑色公對(duì)公跳線?

• 在J34和A14之間連接一根綠色公對(duì)公跳線?

• 在J35和A13之間連接一根黃色公對(duì)公跳線?

• 在J36和A12之間連接一根白色公對(duì)公跳線?

• 在J37和J14之間連接一根綠色公對(duì)公跳線?

• 在J38和地之間連接一根黑色公對(duì)公跳線?

• 將藍(lán)色母對(duì)公跳線的母端連接到水傳感器上的S引腳。將公端連接到C32 （MCP3008 上的通道 1）

• 將紅色母對(duì)公跳線的母端連接到水傳感器上的針腳。將公端連接到?3.3V

• 將黑色母對(duì)公跳線的母端連接到?水傳感器上的-針腳。將公端接?地

• 可選：將第 5 步中的黑色導(dǎo)線連接到萬(wàn)用表的公共端子（使用鉤夾式連接器以獲得最佳效果）

• 可選：將第 6 步中的紅色導(dǎo)線連接到萬(wàn)用表上的電壓端子（使用鉤夾式連接器以獲得最佳效果）

• 連接 Raspberry Pi 和 cobbler 之間的帶狀電纜

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1 / 7 ?整個(gè)面包板視圖

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啟動(dòng)應(yīng)用程序

選擇調(diào)試、ARM配置和遠(yuǎn)程機(jī)器。我必須指出，這個(gè)傳感器在水量和傳感器讀數(shù)之間沒(méi)有任何線性相關(guān)性或任何其他相關(guān)性。當(dāng)有幾滴水時(shí)，它確實(shí)會(huì)產(chǎn)生較小的值，而當(dāng)存在更多的水時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生較高的值。我更多地使用線性儀表來(lái)幫助理解ADC的概念。可以像我連接光隔離交流電壓傳感器一樣連接水傳感器以產(chǎn)生可由 GPIO 引腳接收的高信號(hào)或低信號(hào)。該設(shè)備可以接線以提供濕信號(hào)或干信號(hào)。話雖如此，我將這個(gè)水傳感器連接到一個(gè) ADC 上，因?yàn)槲蚁?a target='_blank' class='arckwlink_none'>檢測(cè)少量水和大量水之間的差異，而這個(gè)項(xiàng)目中概述的方法可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。