2018 Week 7 Photoresistor

1. 光敏電阻
Photoresistor
日期：2018/4/12

2. 生活中光敏電阻的蹤跡
2
台61線的路燈
小夜燈 智慧型手機
自動調整螢幕亮度

3. 光敏電阻的介紹
原理：利用光電導效應的一種特殊的電阻，簡稱光電阻，又名光導
管。當光強度增加，則電阻減小；光強度減小，則電阻增大。
VCC：3.3V/5V
GND：接地
DO：接GPIO
AO：接類比數位轉換器腳位
DO
AO
GND
VCC

4. 本課程用的光敏電阻特性
• 配可調電位器可調節檢測光線的靈敏度，左調靈敏度低，反之。
• 輸出形式：DO數位輸出（0和1）和AO類比電壓輸出。
• 在環境光線亮度達不到設定的門檻值時，DO端輸出高電位，當
環境光線亮度超過設定的門檻值時，DO端輸出低電位。
4
電位器(可變電阻)

5. 類比數位轉換器(ADC)-MCP3008
5
• 一個將連續的類比訊號或者物理量(通常為電壓)轉換成數位訊號的電子元件。
• 10bit的解析度轉換，因此轉換後的值會介於0~1023。
• 以一個解析度為n bits的ADC來說，其轉換公式如下：
• ConvertedVoltage = ConvertedValue * VREF / (2^n-1)
• 8個類比訊號輸入的腳位。
• 採樣率每秒200KB的資料量。

6. 串列周邊介面（Serial Peripheral Interface）
• 一種高速、全雙工、同步串列的資料傳輸介面。
• 通訊原理是以主從（Master-Slave）的工作模式進行，工作模式可
以由一個主設備與一個（或多個）從設備構成。
6
樹莓派
MCP3008

7. 串列周邊介面
• 進行資料傳輸時，需要四條線（少部份僅需要三條）:
• 兩條控制線：
• SCLK（Serial Clock）：主設備產生的串列時脈，確定ADC的轉換速率。
• SS（Slave Select）：選取從設備訊號，由主設備控制，當設定為低電壓時，關閉設
備間的資料傳輸；設定為高電壓時，開啟設備間的資料傳輸，在高電壓但設備間不
傳輸資料時，會轉為低功耗，待機。
• 兩條資料線：
• MISO（Master Input, Slave Output）：主設備資料輸入／從設備資料輸出。 SPI Port
串列資料輸入，用來載入設定資料給通訊設備。
• MOSI（Master Output, Slave Input）：主設備資料輸出／從設備資料輸入。 ADC可
以提供平行或串列的數位輸出。
7

8. 類比數位轉換器-MCP3008
• VDD：MCP3008正極電源。
• VREF：參考電壓，標準化樹莓派和MCP3008的電壓。
• AGND：類比接地連接內部的類比電路。
• CLK (SCLK)：串列時脈。
• DOUT (MOSI)：主設備資料輸入／從設備資料輸出。
• DIN (MISO)：主設備資料輸出／從設備資料輸入。
• CS (SS)：選取從設備訊號。
• DGND：數位接地連接內部的數位電路。
8

9. 課程實作
光敏電阻開關LED
9

10. 10

11. 光敏電阻按鈕
11
15
15
15
15
當光敏電阻偵測不到光時，LED發亮，反之

12. 公對公杜邦線5條
公對母杜邦線10條
MCP3008缺口朝下
12

13. 課程實作 Line Tracker
13
光敏電阻偵測不同顏色的線條時，距離不同線條要在同一個高度。

14. 14
讀取光敏電阻訊號轉換電壓後的值
SPI設定
類比訊號轉換成數位訊號
顯示轉換後的值

15. 程式碼解說
• spi.open(0, 0) 指定要連接的slave
• spi.max_speed_hz設定或取得資料的傳輸速度，單位Hz，與樹莓
派的時脈頻率成正比影響
• spi.xfer2([1, 8 + adcnum << 4, 0]) 傳送3個bytes給MCP3008
• 8(二進制為1000)表示用single-ended的類比訊號輸入模式，0表示用
differential的類比訊號輸入模式
• data = ((r[1]&3) << 8) + r[2]
• 位移8個的原因是要讓補上的8個0加上r[2]的值
• 與3(二進制為0011)做and運算是要確定r[1]後面兩個bits有資料 15
第一個byte 第二個byte 第三個byte

16. 16
https://pinout.xyz/pinout/spi

17. 17
資料來源：https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/MCP3008.pdf
SPI Communication with the MCP3004/3008 using 8-bit segments (Mode 1,1: SCLK idles high)

18. 18
CONFIGURE BITS
FOR THE MCP3008

19. 課程實作
光敏電阻控制LED呼吸燈
19

20. 20
修改的部分
20

21. 21
極值正規化
15
1023

22. 課後實作基本題：
Do Re Mi Fa So La Si
請利用不同顏色對光的反射，而產生不同的光度來轉換為不同的音階，請利用
轉換的音階來創作一首歌曲吧。
22

23. 23

24. • 請效仿影片（https://youtu.be/Iw4s6olNSwc）實作一個Tea Timer
• 基本需求：使用光敏電阻來偵測以下兩種中的其中一種：
• 1.一開始透明杯子是空的，當茶倒入杯子時，杯子的透光度會依照不同的茶量而有所不
同。因此，請利用光敏電阻偵測杯子的茶是否已經裝滿，且LED燈根據杯子裝滿的程度
發出不同的亮度，由不亮（空杯）到全亮（滿杯）。
• 2.一開始透明杯子的水是清的，當茶包放入杯中時，杯子清水的顏色會根據茶包浸泡的
時間而改變，進而影響杯子的透光度。因此，請利用光敏電阻偵測杯子浸泡的茶包是
否已經可以拿起來，且LED燈根據杯子裝滿的程度發出不同的亮度，由不亮（清水）到
全亮（茶水的顏色變深）。
＊杯子裝滿的程度或浸泡多久不限。
24
課後實作進階題：Tea Timer

25. 附註
25

26. 26

27. 27

28. 28
These represent SPI devices on chip enable pins 0 and 1