描述

介紹

背景

在即將開展的項目中，我使用 MCP3008 來監(jiān)控多個傳感器。在這個項目中，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# 的詳細信息。

使用 MCP3008

ADC 是模數(shù)轉換器。模擬信號被轉換為數(shù)字并讀入您的應用程序。MCP3008 是一個 10 位 ADC，這意味著它使用 10 位來表示通道上的值。該值將表示為 0 到 1023 之間的數(shù)字（總共 1024 個可能值）。然后將該數(shù)字轉換為有意義的值。例如，假設我想測量其中一個通道上的電壓，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 。我通過首先對讀數(shù)進行歸一化，然后將歸一化讀數(shù)乘以已知最大值 3.3V 來計算該值。

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

當然，當我想計算電壓時，這是有道理的，但每個傳感器都有不同的含義。對于連接到 MCP3008 通道的每個傳感器，我需要了解具體細節(jié)并適當?shù)亟忉屪x數(shù)。

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MCP3008 的接線非常簡單。芯片本身在一端標有一個槽口，代表引腳 1 和 16（參見此處的數(shù)據(jù)表）。

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引腳 1 到 8 是八個輸入引腳，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 使用它來確定其中一個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。當向其中一個通道施加電壓時，MCP 會調(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。我在這個項目中包含的接線圖顯示了如何將這些引腳連接到 Raspberry Pi。

在這個項目中，我包含了一個簡單的電壓測量來演示這個概念。水傳感器讀數(shù)將展示對從通道讀取的值的另一種解釋。

項目概況

傳感器

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

Phantom YoYo 水傳感器具有三個引腳。第一個引腳接地（在設備上標記為“-”），它將連接到 Raspberry Pi 上的接地引腳。下一個引腳是電源（在設備上標記為“+”），它將連接到 Raspberry Pi 上的 3.3V 引腳（該設備也可以連接到 5V）。第三個也是最后一個引腳是信號（在設備上標記為“s”。此引腳的電壓信號會根據(jù)設備上的水量而變化。請注意，此設備不是水位傳感器。它只是感知變化與設備接觸的水量。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單。該設備直接連接到電路板 Raspberry Pi，無需任何額外組件。

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1 / 5 ? Cobbler 分線套件

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項目軟件

應用程序

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

MCP3008 庫

該軟件項目還包含一個單獨的項目，用于與 MCP3008 交互。此代碼可用于您的應用程序，以便輕松地將 MCP3008 芯片集成到您的項目中。

要使用它，首先聲明一個類對象如下：

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，請使用以下代碼行：

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

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

當您使用完該對象后，通常會在您的OnNavigatedFrom事件中處理該對象。

_mcp3008.Dispose();

_mcp3008 = null;

入門

組裝電路

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

注意：該項目使用可選的萬用表來測量電位器兩端的電壓。這樣做是為了將值與 MCP3008 讀取的值進行比較。請注意這是可選的。如果您沒有萬用表，則無法比較此電壓。這樣做是為了表明 MCP3008 讀取的值與萬用表讀取的值相同。將萬用表設置為測量直流電壓，如下圖所示（您的萬用表可能看起來不同）。

• 將 T 形補鞋匠放在吟游詩人的左端（數(shù)字從 1 開始）。最左邊的兩個引腳位于電路板上的E3和F3中。最右邊的兩個引腳位于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

• 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：將黑色公對公跳線的一端放在G60位置（如果您使用的是萬用表，則將黑色表筆連接到此線）

• 可選：將紅色公對公跳線的一端放在G58位置（如果您使用的是萬用表，則將紅色導線連接到此線）

• 在F60和地之間連接一根藍色公對公跳線

• 在F58和C31 （MCP3008 的通道 1）之間連接橙色公對公跳線

• 在F53和3.3V+之間連接橙色公對公跳線

• 在J31和3.3V之間連接一根紅色公對公跳線

• 在J32和3.3V之間連接一根紅色公對公跳線?

• 在J33和地之間連接一根黑色公對公跳線?

• 在J34和A14之間連接一根綠色公對公跳線?

• 在J35和A13之間連接一根黃色公對公跳線?

• 在J36和A12之間連接一根白色公對公跳線?

• 在J37和J14之間連接一根綠色公對公跳線?

• 在J38和地之間連接一根黑色公對公跳線?

• 將藍色母對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 步中的黑色導線連接到萬用表的公共端子（使用鉤夾式連接器以獲得最佳效果）

• 可選：將第 6 步中的紅色導線連接到萬用表上的電壓端子（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 ?整個面包板視圖

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啟動應用程序

選擇調(diào)試、ARM配置和遠程機器。我必須指出，這個傳感器在水量和傳感器讀數(shù)之間沒有任何線性相關性或任何其他相關性。當有幾滴水時，它確實會產(chǎn)生較小的值，而當存在更多的水時，它會產(chǎn)生較高的值。我更多地使用線性儀表來幫助理解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 引腳接收的高信號或低信號。該設備可以接線以提供濕信號或干信號。話雖如此，我將這個水傳感器連接到一個 ADC 上，因為我想檢測少量水和大量水之間的差異，而這個項目中概述的方法可以實現(xiàn)這個目標。