一起玩转树莓派（6）——倾斜传感器与震动传感器实践

通过本系列博客的前几篇文章，我们已经掌握了树莓派应用开发的基本方法。很多时候，树莓派可以做什么更多的取决于我们的创造力。本篇博客，我们将通过实践来学习在树莓派开发中常用的两个开关元件：倾斜传感器与震动传感器。

倾斜传感器和震动传感器都是一种开关元件，其可以通过外界的物理变化来改变状态。在生活中的很多报警系统中都有应用。试想一下，如果我们使用到的某个设备需要避免倾斜和震动，就可以使用这两种传感器做报警电路。

一、传感器工作原理

本次实验本身的逻辑代码没有什么难度，所需要使用到的知识都是之前有涉及过的。在开始编写代码和进行实验之前，我们先来了解下倾斜传感器与震动传感器的工作原理。

1.倾斜传感器

倾斜传感器又称为倾斜开关，其可以对元件相对与重力方向的倾角做出感应。早期的倾斜传感器多采用贡倾斜传感器，其管体内部使用汞作为导电介质，当有倾斜发生时，金属汞会流动到管体末端，从而接通电路。汞倾斜传感器的优点是耐用寿命长，但其对环境有害，目前已经很少使用。

当下比较流行的是球形倾斜传感器，这种传感器设计简单，管体内放入金属球，当发生倾斜时，金属球滚动接通电路。本次实验，我们采用SW520D型号的倾斜传感器，如下图所示：

其头部的管体就是倾斜开关，其搭载的功能板子分解如下：

此传感器有3个引脚，其中VCC需要接3.3-5V的电压，中间引脚接地，DO引脚是信号输出引脚，我们通过其进行倾斜感应。如上图所示，此传感器自带电源和开关两个LED灯，接通电源后，电源LED灯发光，当传感器触发倾斜时，开关LED灯发光。对于DO引脚，当开关LED发光时，其输出低电平，表示开关打开，当开关LED灯不亮时，其输出高电平，表示开关断开。用其我们可以很方便的实现倾斜断电保护功能。如上图中，此传感器还提供了一个灵敏度的电位调节单元，其工作原理电路图如下所示：

2.震动传感器

震动传感器与倾斜传感器的工作原理基本一致，不同的地方只在于开关的触发方式，震动传感器感应外界的震动从而触发电路的导通。常用的震动开关有滚珠式和弹簧式两种，以弹簧式为例，当发生震动时，弹簧与电极接触，从而导通电路，本次实验我们使用的震动传感器如下图所示：

可以看到，其搭载的功能板与上面介绍的倾斜传感器完全一致，这里我们就不再赘述。

二、开始试验

1.动手连线

对于本次实验，我们将倾斜传感器与震动传感器作为模拟警告开关来使用，当设备发生震动或倾斜时，通过输出Log信息来做提示。首先我们先确认要使用到的GPIO引脚，对于电源和负极直接连接即可，我们暂定使用BCM编号为GPIO5和GPIO6的两个引脚，其对应的物理引脚分别为29和31。物理29引脚我们接震动传感器的信号引脚，物理31引脚我们接倾斜传感器的信号引脚。笔者这里使用扩展板连线如下图所示。如果不使用扩展板，直接连接物理引脚即可。

温馨提示：可以通过线的颜色参考示意图中的连线。

2.编写代码

我们使用GPIO引脚的INPUT功能来监听传感器的状态，示例代码如下：

        #coding:utf-8

# 导入GPIO控制薄块
import RPi.GPIO as GPIO
# 设置使用的引脚编码模式
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
# 定义震动开关引脚 BCM5
swi_shake = 29
# 定义倾斜开关引脚 BCM6
swi_slop = 31

# 进行开关引脚的初始化，设置为输入引脚，且默认为高电平
GPIO.setup(swi_shake, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
GPIO.setup(swi_slop, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

# 定义状态变化的回调函数
def switch_shake(channel):
    # 低电平为开关打开状态
    if not GPIO.input(channel):
        print("注意，发生了震动！")

def switch_slop(channel):
    # 低电平为开关打开状态
    if not GPIO.input(channel):
        print("注意，发生了倾斜！")  

# 添加输入引脚电平变化的回调函数
GPIO.add_event_detect(swi_shake, GPIO.FALLING, callback=switch_shake, bouncetime=200)
GPIO.add_event_detect(swi_slop, GPIO.FALLING, callback=switch_slop, bouncetime=200)

while True:
    pass
    

上面的代码比较简单，运行上面代码，通过触发传感器的震动与倾斜，可以观察程序的打印输出信息，同时传感器上的开关指示灯也可以提示传感器的接通状态。

三、休息一下

本次实验非常简单，但是我们可以发挥创造力，通过这两个传感器做出一些有意思的东西，尽情想象吧！

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