树莓派基础实验18：声音传感器实验
一、介绍
声音传感器是一种接受声波并将其转换为电信号的组件，它像麦克风一样检测周围环境中的声音强度。
二、组件
★Raspberry Pi主板*1
★树莓派电源*1
★40P软排线*1
★PCF8591模数转换器模块*1
★声音传感器模块*1
★面包板*1
★跳线若干
三、实验原理
声音传感器
声音传感器模块原理图
传感器模块上的麦克风可将音频信号转换为电信号（模拟量），然后通过PCF8591将模拟量转换为数字量，并将其传输到MCU。
LM358是一款双通道运算放大器，它包含两个独立的高增益和内部补偿放大器，但在本实验中，我们只使用其中一个。麦克风将声音信号转换为电信号，然后将信号发送到LM358的引脚2，并通过外部电路将它们输出到引脚1（模块的引脚SIG）。然后使用PCF8591读取模拟值。
四、实验步骤
第1步：连接电路。
| 树莓派 | T型转接板 | PCF8591模块 |
|---|---|---|
| SDA | SDA | SDA |
| SCL | SCL | SCL |
| 5V | 5V | VCC |
| GND | GND | GND |
| 声音传感器模块 | T型转接板 | PCF8591模块 |
|---|---|---|
| AO | * | AIN0 |
| DO | G17 | * |
| VCC（+） | 5V | VCC |
| GND（G） | GND | GND |
声音传感器实验原理图
声音传感器实验实物接线图
第2步：PCF8591模块采用的是I2C（IIC）总线进行通信的，但是在树莓派的镜像中默认是关闭的，在使用该传感器的时候，我们必须首先允许IIC总线通信。
打开I2C总线通信
第3步：开始编程。这里先编写一个PCF8591.py库文件，后面再编写一个python程序引入这个库文件。
PCF8591.py库文件就是PCF8591模块的程序，单独编写是为了便于重用。在这个脚本中，我们使用了一个放大器用于模拟输入和一个LED灯用于模拟输出，模拟输入不能超过3.3V！
该程序也可以单独运行，用于测试3个电阻模块的功能。需用短路帽连接AIN0和INPUT0（电位计模块），连接AIN1和INPUT1（光敏电阻模块），以及连接AIN2和INPUT2（热敏电阻模块）。
连接LED灯，AIN0（模拟输入0）端口用于接收来自电位计模块的模拟信号，AOUT（模拟输出）用于将模拟信号输出到双色LED模块，以便改变LED的亮度。
PCF8591的详细内容请查看树莓派基础实验12：PCF8591模数转换器实验。
#!/usr/bin/env python
#------------------------------------------------------
#
# 您可以使用下面语句将此脚本导入另一个脚本：
# “import PCF8591 as ADC”
#
# ADC.Setup(Address) # 查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
# i2cdetect is a userspace program to scan an I2C bus for devices.
# It outputs a table with the list of detected devices on the specified bus.
# ADC.read(channal) # Channal范围从0到3
# ADC.write(Value) # Value范围从0到255
#
#------------------------------------------------------
#SMBus (System Management Bus,系统管理总线)
import smbus #在程序中导入“smbus”模块
import time
# for RPI version 1, use "bus = smbus.SMBus(1)"
# 0 代表 /dev/i2c-0， 1 代表 /dev/i2c-1 ,具体看使用的树莓派那个I2C来决定
bus = smbus.SMBus(1) #创建一个smbus实例
#在树莓派上查询PCF8591的地址：“sudo i2cdetect -y 1”
def setup(Addr):
global address
address = Addr
def read(chn): #channel
if chn == 0:
bus.write_byte(address,0x40) #发送一个控制字节到设备
if chn == 1:
bus.write_byte(address,0x41)
if chn == 2:
bus.write_byte(address,0x42)
if chn == 3:
bus.write_byte(address,0x43)
bus.read_byte(address) # 从设备读取单个字节，而不指定设备寄存器。
return bus.read_byte(address) #返回某通道输入的模拟值A/D转换后的数字值
def write(val):
temp = val # 将字符串值移动到temp
temp = int(temp) # 将字符串改为整数类型
# print temp to see on terminal else comment out
bus.write_byte_data(address, 0x40, temp)
#写入字节数据，将数字值转化成模拟值从AOUT输出
if __name__ == "__main__":
setup(0x48)
#在树莓派终端上使用命令“sudo i2cdetect -y 1”，查询出PCF8591的地址为0x48
while True:
print '电位计 AIN0 = ', read(0) #电位计模拟信号转化的数字值
print '光敏电阻 AIN1 = ', read(1) #光敏电阻模拟信号转化的数字
print '热敏电阻 AIN2 = ', read(2) #热敏电阻模拟信号转化的数字值
tmp = read(0)
tmp = tmp*(255-125)/255+125
# 125以下LED不会亮，所以将“0-255”转换为“125-255”，调节亮度时灯不会熄灭
write(tmp)
time.sleep(2)
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第4步：编写控制程序。PCF8591将模拟量转换为的数字量，会随着检测到的声音变大而变小，当数字量小于130时，打印"Voice detected! "。
这里为什么阈值设为130呢？声音传感器模块有两个LED灯，LED1灯为电源指示灯，接通电源就会一直常亮。LED2为声音检测指示灯，在没有检测到声音时应该熄灭，一旦检测到声音，就（才）会亮，而这需要旋转蓝色元件上的金黄色平口螺丝，调节声音检测的灵敏度来实现。否则，LED2无论检测到声音与否，都可能一直常亮，或者一直不亮。而我调节到合适位置时，安静状态下voiceValue = ADC.read(0)的值为133，所以我设置检测到声音的阈值为130比较合适。
声音传感器说明
#!/usr/bin/env python
import PCF8591 as ADC
import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
def setup():
ADC.setup(0x48)
def loop():
count = 0
while True:
voiceValue = ADC.read(0) #若检测到有声音，该值会变小
if voiceValue:
print 'Value:', voiceValue
if voiceValue < 130:
#我实验时安静状态下的值约为133，所以设置检测到有声音的阈值设为130
print "Voice detected! ", count
count += 1
time.sleep(0.2)
if __name__ == '__main__':
try:
setup()
loop()
except KeyboardInterrupt:
pass
