在具有 SPI 接口的 MCP3008 8 通道 10 位 ADC 上使用 Phantom YoYo 高靈敏度水傳感器。

背景

在即將進行的項目中，我使用 MCP3008 來監控多個傳感器。在這個項目中，我想詳細介紹在 MCP3008 8 通道 10 位 ADC 上使用 Phantom YoYo 高靈敏度水傳感器的詳細信息，該 ADC 具有 Raspberry Pi 2、Windows 10 IoT Core 和 C# 的 SPI 接口。

使用 MCP3008

ADC 是一種模數轉換器。模擬信號被轉換為數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。該值將表示為從 0 到 1023 的數字（總共 1024 個可能的值）。然后將該數字轉換為有意義的值。例如，假設我想測量一個通道上的電壓，從通道讀取的值為 523。我知道最大電壓為 3.3V。使用公式計算通道上的電壓

Value / Max Value * Vref

解決我得到的電壓

523 / 1023 * 3.3

其值為1.687V 。我首先將讀數標準化，然后將標準化讀數乘以已知的最大值 3.3V，從而計算出這個值。

當獲得準確的電壓測量很重要時，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，我發現輸出是 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會有所不同。

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 上的通道的每個傳感器，我需要了解具體細節并適當地解釋讀數。

MCP3008 的接線很簡單。芯片本身在一端標有一個缺口，代表引腳 1 和 16 。

引腳 1 到 8 是八個輸入引腳，稱為通道 0 到 7。通道 0 是引腳 1。引腳 16 是 Vdd 并連接到電壓源（在 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。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 會調整讀數，使 1023 表示 3.3V，0 表示 0V。這允許我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字電路隔離，則該引腳將連接到模擬電路上的地。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。水傳感器讀數將展示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，它允許在一個 MCP3008 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 上的第二個通道（通道 1）的水傳感器。

Phantom YoYo 水傳感器具有三個引腳。第一個引腳是接地的（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（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”。該引腳的電壓信號會根據設備上的水量而變化。請注意，該設備不是水位傳感器。它只是感應變化與器件接觸的水量。源引腳將連接到 MCP3008 上的輸入之一。

電路

支持傳感器的電路非常簡單。該設備直接連接到板 Raspberry Pi，無需任何額外組件。

項目軟件

應用程序

我為這個項目創建的應用程序是一個通用 Windows 應用程序，并在主視圖中顯示了兩個儀表。第一個儀表顯示在電位計電路上測量的當前電壓。第二個顯示來自水傳感器的讀數，該讀數標準化為 0 到 100 的值。該軟件還允許校準水傳感器。源代碼的鏈接可以在本文下方找到。

MCP3008 庫

該軟件項目還包含一個用于與 MCP3008 交互的單獨項目。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，首先要聲明一個類對象，如下所示：

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）;

注意使用Channel.Single0 which 表示從一個通道讀取值。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 表示測量應該作為通道 0 和通道 1 之間的差異進行，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。

當您使用完對象后，通常在您的OnNavigatedFrom事件中處理該對象。

_mcp3008.Dispose（）;

_mcp3008 = null;

入門

組裝電路

學習這部分內容以組裝電路。

注意：本項目使用可選的萬用表來測量電位器兩端的電壓。這樣做是為了將該值與 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，那么您將無法比較該電壓。這樣做是為了表明 MCP3008 讀取的值與萬用表讀取的值相同。如下圖所示將萬用表設置為測量直流電壓。

將 T 形放在的左端（數字從 1 開始）。最左邊的兩個引腳將位于板上的E3和F3中。最右邊的兩個引腳將位于E22和F22

將 50K Ω 電位器置于 J56、J58 和 J60 位置，調節旋鈕朝向面包板的 5v 側

在I58和I53之間放置 10K Ω 電阻

將 MCP3008 放入E31到E38和F31到F38中（芯片有凹進圓圈的角將放置在E31處）

可選：將黑色公對公跳線的一端放置在位置G60 （如果您使用萬用表，則將黑色引線連接到此導線）

可選：將紅色公對公跳線的一端放在位置G58 （如果您使用萬用表，則將紅色引線連接到此導線）

在F60和接地之間連接藍色公對公跳線

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之間連接紅色公對公跳線

在J32和3.3V之間連接紅色公對公跳線

在J33和接地之間連接黑色公對公跨接線

在J34和A14之間連接綠色公對公跳線

在J35和A13之間連接黃色公對公跳線

在J36和A12之間連接白色公對公跳線

在J37和J14之間連接綠色公對公跳線

在J38和接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引腳。公頭接 3.3V

將黑色母對公跳線的母端連接到 水傳感器上的-引腳。將公端接 地

可選：將步驟 5 中的黑色引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：將步驟 6 中的紅色引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）

在 Raspberry Pi 和鞋匠之間連接帶狀電纜

啟動應用程序

選擇調試、ARM配置和遠程機器。現在右鍵單擊項目，選擇屬性，然后 單擊調試標記。接下來將 Raspberry Pi 2 IP 地址放入 Remote machine 字段，并取消選中Use authentication 。

按F5 。應用程序將部署到設備，第一次可能需要幾分鐘。

注意：該應用程序使用線性 360° 儀表來顯示水量。我必須注意，該傳感器在水量和傳感器讀數之間沒有任何線性相關性或我所知道的任何其他相關性。當有幾滴水時，它確實會產生較小的值，而當存在更多水時，它會產生較高的值。我更多地使用線性量規來幫助理解 ADC 的概念。可以像連接光電隔離交流電壓傳感器一樣連接水傳感器產生可由 GPIO 引腳接收的高或低信號。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 ADC，因為我想檢測少量水和大量水之間的差異，并且該項目中概述的方法實現了這一目標。