树莓派基础实验8：振动开关实验
一、介绍
振动开关也称为弹簧开关或振动传感器，是一种电子开关。它会产生振动力，并将结果传送给电路装置，从而触发其工作。它包含以下部分：导电振动弹簧，开关主体，触发销和包装壳。
二、组件
★Raspberry Pi 3主板*1
★树莓派电源*1
★40P软排线*1
★振动开关传感器模块*1
★双色LED模块*1
★面包板*1
★跳线若干
三、实验原理
振动开关
振动传感器实验原理图
在震动开关模块中，导电的振动弹簧和触发销被精确地放置在开关体中，并且通过粘合剂结合到固化位置。通常，弹簧和触发销不接触，一旦摇动，弹簧就会摇动并与触发器引脚接触，以传导并产生触发信号。 在此实验中，将双色LED模块连接到树莓派以指示更改。敲击或敲击振动传感器时，它将打开，双色led将闪烁绿色，再次敲击它将变为红色，每一次敲击后会在两种颜色之间切换。
四、实验步骤
第1步：连接电路，该实验与实验6（轻触开关按键实验）相同。这里激光模块的实物与模块原理图的端口名称不一致，我们按照实物的端口名称来连接。
树莓派 | T型转接板 | 振动开关 |
|---|---|---|
GPIO 0（序号11） | GPIO 17 | SIG（DO） |
5V | 5V | VCC |
GND | GND | GND |
树莓派 | T型转接板 | 双色LED |
|---|---|---|
GPIO 1（序号12） | GPIO 18 | R（红色端口） |
GND | GND | GND |
GPIO 2（序号13） | GPIO 27 | G（绿色端口） |
振动开关实验电路图
振动开关实验实物连接图
第2步：这次编程有两个函数要注意，是关于输入的高级应用。 有多种方式将GPIO的输入导入到程序中，polling( 轮询 )式 和 interrupt( 中断 )式( edge detection 边缘检测 )，“轮询”式如果程序在错误的时间读取值，可能会错过输入。我们这里采用中断式。 如果您没有将输入引脚连接到任何东西，它将“浮动”。换句话说，读取的值是未定义的，因为它没有连接到任何东西，直到你按下按钮或开关。它可能会由于接收电源干扰而改变很大的值。 为了解决这个问题，我们使用一个向上拉或向下拉电阻器。这样，就可以设置输入的默认值。可以使用硬件或者软件实现上下拉电阻。在硬件方式中，常常在输入通道与3.3V（上拉）或0V（下拉）之间使用10K电阻。GPIO模块允许您在编程中这样配置：
GPIO.setup(channel, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
# or
GPIO.setup(channel, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)我们很多时候并不关心电平值, 而关心电平从低到高，或从高到低的变化(如编码器测速/按键按下弹开等), 为避免主程序忙于其它事情错过引脚的电平改变, 有两种方式: wait_for_edge() 函数 event_detected() 函数 wait_for_edge（）函数是为了阻止程序的执行，直到检测到边缘为止。换句话说，等待按钮按下的示例可以改写成：
GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO.RISING)注意检测的边缘参数有 GPIO.RISING， GPIO.FALLING ， GPIO.BOTH (上升沿, 下降沿 或 升降沿)， 这样用几乎不占用CPU，如果你只希望在确定的时间段内查询，可以使用 timeout 参数:
# wait for up to 5 seconds for a rising edge (timeout is in milliseconds)
channel = GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO_RISING, timeout=5000)
if channel is None:
print('Timeout occurred')
else:
print('Edge detected on channel', channel)event_detected()函数被设计用来与其他事物一起在循环中使用， 不同于polling轮询， 它不会在CPU忙于处理其他事物时错过输入状态的变化。 这使得使用Pygame 或 PyQt 时非常有用，因为其中有一个主循环监听和及时响应GUI事件的基础。 只要检测到指定参数的边缘事件(上升沿, 下降沿 或 升降沿)发生时，调用GPIO.event_detected(channel)的值就为"ture"(真)。
#Note that you can detect events for GPIO.RISING, GPIO.FALLING or GPIO.BOTH.
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING) # add rising edge detection on a channel
do_something()
if GPIO.event_detected(channel):
print('Button pressed')不过需要自己新建一个线程去循环检测event_detected()的值，还算是比较麻烦的。 可采用另一种办法轻松检测状态，这种方式是直接传入一个回调函数：GPIO通过在add_event_detect()函数中添加callback参数，RPI.GPIO为回调函数运行第二个线程。这意味着回调函数可以与主程序同时运行，以立即响应边缘。 For example:
def my_callback(channel):
print('This is a edge event callback function!')
print('Edge detected on channel %s'%channel)
print('This is run in a different thread to your main program')
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING, callback=my_callback)
# 这里添加了回调函数callback这个参数，就不需要GPIO.event_detected(channel)函数了如果你想要不止一个回调函数:
def my_callback_one(channel):
print('Callback one')
def my_callback_two(channel):
print('Callback two')
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING)
GPIO.add_event_callback(channel, my_callback_one)
GPIO.add_event_callback(channel, my_callback_two)请注意，在这种情况下，回调函数是按顺序运行的，而不是并发的。这是因为只有一个线程用于回调，其中每个回调都按照它们被定义的顺序运行。
由于存在开关抖动(用示波器可以看到)，每次按下开关会调用多次回调函数，这不是我们希望的，有两种方式处理开关抖动： ①在开关两个引脚之间添加一个0.1uF的电容 ②软件消抖 ③二者结合使用 使用软件消抖时, 给回调函数添加一个弹跳时间的参数( bouncetime= ), 弹跳时间(参照单片机可以为10~20ms)在ms级别, 下面的程序用200ms来消抖:
# add rising edge detection on a channel, ignoring further edges for 200ms for switch bounce handling
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING, callback=my_callback, bouncetime=200)由于某些原因， 你的程序可能不希望用边缘检测了，可以停止它们：
GPIO.remove_event_detect(channel)第3步：正式编程。定义针脚参数和初始化设置函数setup()，其中就用到了上面讲解的GPIO输入高级应用，本次实验不使用检测函数GPIO.add_event_detect()，采用“轮询”式，在循环中直接查询GPIO.input(TiltPin)的值来判定是否振动。
#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import time
VibratePin = 11
Rpin = 12
Gpin = 13
tmp = 0
def setup():
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # Numbers GPIOs by physical location
GPIO.setup(Gpin, GPIO.OUT) # Set Green Led Pin mode to output
GPIO.setup(Rpin, GPIO.OUT) # Set Red Led Pin mode to output
GPIO.setup(VibratePin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
# Set BtnPin's mode is input, and pull up to high level(3.3V)第4步：定义Led(x)函数，控制双色LED灯闪烁。定义Print(x)，打印按键是否切换开关的提示消息。
def Led(x): #控制双色LED灯闪烁的函数
if x == 0:
GPIO.output(Rpin, 1) #红灯亮
GPIO.output(Gpin, 0) #绿灯灭
if x == 1:
GPIO.output(Rpin, 0)
GPIO.output(Gpin, 1)
def Print(x): #打印按键是否切换开关的提示消息
global tmp
if x != tmp:
if x == 0:
print ' **********'
print ' * ON *'
print ' **********'
if x == 1:
print ' **********'
print ' * OFF *'
print ' **********'
tmp = x第5步：当模块平稳没有振动时，GPIO.input(TiltPin)的值为0，IF语句不执行； 当振动时，GPIO.input(TiltPin)的值为1，执行IF语句。每次执行IF语句时，Led(state)中的state值都与上次不同，所以LED的颜色会在红绿之间切换。
def loop():
state = 0
while True:
if GPIO.input(VibratePin): #每当振动产生时
state = state + 1
if state > 1:
state = 0
Led(state)
Print(state)
time.sleep(1)第6步：创建destroy()函数，清除LED状态。创建程序入口，并包含异常处理。
def destroy():
GPIO.output(Gpin, GPIO.LOW) # Green led off
GPIO.output(Rpin, GPIO.LOW) # Red led off
GPIO.cleanup() # Release resource
if __name__ == '__main__': # Program start from here
setup()
try:
loop()
except KeyboardInterrupt: # When 'Ctrl+C' is pressed, the child program destroy() will be executed.
destroy()