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基于搭配12指神探的传感器扩展版制作的多功能感应及报警系统
该项目使用了树莓派Pico核心芯片RP2040、MicroPython语言、传感器扩展版，实现了多功能感应及报警系统的设计，它的主要功能为：距离检测，光线强度检测，并在LCD屏上显示。
标签
RP2040
2024寒假在家一起练
RPR-0521RS
多功能感应及报警系统
jxwm
更新2024-03-27
北京邮电大学
119

2024年寒假练 基于搭配12指神探的传感器扩展版制作的多功能感应及报警系统

一.项目介绍

本项目依托2024寒假在家一起练，基于RP2040平台，实现了基于搭配12指神探的传感器扩展版制作的多功能感应及报警系统。本项目基于RP2040主控，通过RPR-0521RS传感器检测光线强度，通过蜂鸣器警报，并在LCD屏幕上实时显示测量信息，取得了良好的效果，具有一定的价值。

项目任务：

  • 可检测门窗开关状态
  • 人体经过或靠近检测
  • 可使用蜂鸣器发出警报、成功识别等状态音
  • 可在LCD上显示基本信息如开关状态、人体或物体是否经过、距离远近

二.设计思路

353612500bf9c83c9f56db88bbb53ea.jpg

  • 通过RPR-0521RS传感器检测光线强度
  • 通过蜂鸣器警报
  • 在LCD屏幕上实时显示测量信息、
  • 按钮可以切换两种不同模式或退出

三.硬件介绍

1.带屏12指神探

Probe2040_00.png

这个模块是通过Type C的USB接口提供供电、下载以及通信的功能，板上有5V转3.3V，最高支持800mA的电压变换器，在12根引脚上也将5V和3.3V引出，方便对其它外设板供电。

主控芯片：采用树莓派Pico核心芯片RP2040

  • 双Arm Cortex M0+内核，可以运行到133MHz
  • 264KBSRAM，板卡上外扩2MBFlash
  • 性能强大、高度灵活的可编程IO（PIO）可用于高速数字接口
  • 拥有2个UART、2个SPI、2个I2C、16个PWM通道以及4路12位精度ADC
  • 支持MicroPython、C、C++编程
  • 拖拽UF2固件至U盘的方式烧录固件，方便快捷

板上功能

  • TYPE-C接口用于供电和数据传输
  • 一个boot按键用于进入boot模式
  • 两个可程控按键和一个拨轮用于自定义功能
  • 搭载240*240分辨率的LCD彩屏，通过SPI接口进行通信，控制器为常用的ST7789芯片，例程丰富便于开发
  • 扩展接口包含5v、3.3v输出、GND。9个GPIO，可同时使能最多三个通道ADC

2.传感器扩展版

sensor_board-V1.0_00.png

扩展板搭载了几款常见传感器和功能模块，包括为初学者准备的麦克风、蜂鸣器、、红外收发、霍尔效应开关、加热电阻，为进阶操作准备的温湿度传感器、六轴传感器、接近/环境光/IR传感器、颜色传感器。其中温湿度传感器、六轴传感器、接近传感器、颜色传感器可拆卸为单个模块，通过杜邦线等连接线延伸其使用的空间范围。

image.png

​RPR-0521RSR传感器模块是通过IIC驱动，I2C 总线只使用两条总线线路，SDA、SCL。每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主控可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。

image.png

蜂鸣器通过GPIO口控制。对IO23口输出PWM波，通过对其设置频率和幅度控制蜂鸣器工作音量的高低和大小。

四.功能介绍

  • 轮盘向左/右波动挑选模式
  • M按键进入模式
  • 模式1：光线过强或距离过近发出警报并同时在LCD上显示
  • 模式2：开门时检测并发出警报
  • 具体使用详见视频

微信图片_20240204135320.jpg

五.主要代码

1.RPR-0521RS通过I2C协议工作

此处参考https://rohm.eefocus.com/module/forum/thread-617165-1-1.html

# 配置RPR-0521rs传感器
def init():
    # 向RPR-0521rs写入配置寄存器
    i2c.writeto_mem(RPR0521RS_ADDR, 0x41, b'\xc6')
    i2c.writeto_mem(RPR0521RS_ADDR, 0x42, b'\x02')
    i2c.writeto_mem(RPR0521RS_ADDR, 0x43, b'\x01')
    
    
# 读取传感器数据
def read_sensor_data():
    # 读取RPR-0521rs传感器数据ALS
    RegVal = i2c.readfrom_mem(RPR0521RS_ADDR, 0x44, 6)

2.使能蜂鸣器

#PWM波控制蜂鸣器工作​
mic = machine.PWM(Pin(23))
#设置输出频率控制音调
mic.freq(50)
#设置占空比控制音量
mic.duty_u16(80)

3.全部代码

import uos
import st7789_new as st7789
from test.fonts import vga2_8x8 as font1
from test.fonts import vga1_16x32 as font2
import random
import framebuf
from machine import Pin, SPI, ADC,PWM,I2C
import time, math,array
from utime import sleep_ms
import struct
from time import sleep

import utime

spi_sck=Pin(2)
spi_tx=Pin(3)
spi0=SPI(0,baudrate=4000000, phase=1, polarity=1, sck=spi_sck, mosi=spi_tx)
st7789_res = 0
st7789_dc  = 1
disp_width = 240
disp_height = 240
CENTER_Y = int(disp_width/2)
CENTER_X = int(disp_height/2)
display = st7789.ST7789(spi0, disp_width, disp_width,
                          reset=machine.Pin(st7789_res, machine.Pin.OUT),
                          dc=machine.Pin(st7789_dc, machine.Pin.OUT),
                          xstart=0, ystart=0, rotation=0)
display.fill(st7789.BLACK)
# xAxis = ADC(Pin(28))
# yAxis = ADC(Pin(29))

buttonM = Pin(5,Pin.IN, Pin.PULL_UP) #B
buttonS = Pin(6,Pin.IN, Pin.PULL_UP) #A
buttonL = Pin(7,Pin.IN, Pin.PULL_UP) #A
buttonPRESS = Pin(8,Pin.IN, Pin.PULL_UP) #A
buttonR = Pin(9,Pin.IN, Pin.PULL_UP) #A

RPR0521RS_ADDR = 0x38

# 初始化I2C总线
i2c = I2C(0, sda=Pin(20),scl=Pin(21), freq=100000)
mic = machine.PWM(Pin(23))

# 配置RPR-0521rs传感器
def init():
    # 向RPR-0521rs写入配置寄存器
    i2c.writeto_mem(RPR0521RS_ADDR, 0x41, b'\xc6')
    i2c.writeto_mem(RPR0521RS_ADDR, 0x42, b'\x02')
    i2c.writeto_mem(RPR0521RS_ADDR, 0x43, b'\x01')
    
    
# 读取传感器数据
def read_sensor_data():
    # 读取RPR-0521rs传感器数据ALS
    RegVal = i2c.readfrom_mem(RPR0521RS_ADDR, 0x44, 6)
    temp1=RegVal[3]<<8
    temp2=RegVal[2]
    ALS0=temp1+temp2
        
    temp1=RegVal[5]<<8
    temp2=RegVal[4]
    ALS1=temp1+temp2
        
    temp1=RegVal[1]<<8
    temp2=RegVal[0]
    PS=temp1+temp2
        
    #转化为光强数据
    if(ALS0!=0):
        co=ALS1/ALS0
        if(co<0.595):
            lx=1.682*ALS0-1.877*ALS1
        elif(co<1.015):
            lx=0.644*ALS0-0.132*ALS1
        elif(co<1.352):
            lx=0.756*ALS0-0.243*ALS1
        elif(co<3.053):
            lx=0.766*ALS0-0.25*ALS1
        else:
            lx=0        
           
    else:
        lx=0
        
    return PS,lx

def check(PS,ALS):
    if PS>100:
        #设置输出频率控制音调
        mic.freq(800)
        #设置占空比控制音量
        mic.duty_u16(500)
        display.text(font2,"Approaching!!              ",0,150,st7789.RED,st7789.WHITE)
    elif ALS>500:
        #设置输出频率控制音调
        mic.freq(500)
        #设置占空比控制音量
        mic.duty_u16(500)
        display.text(font2,"LIGHT!!              ",0,150,st7789.RED,st7789.WHITE)
    else:
        mic.duty_u16(1)
        display.text(font2,"SAFE                 ",0,150,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
def check_2(PS,LS):
        if PS>100:
            #设置输出频率控制音调
            mic.freq(800)
            #设置占空比控制音量
            mic.duty_u16(500)
            display.text(font2,"OPEN!!              ",0,150,st7789.RED,st7789.WHITE)
            time.sleep(0.5)
            mic.duty_u16(1)
        else:
            mic.duty_u16(1)
            display.text(font2,"CLOSE!!                ",0,150,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
        
def menu():
    display.text(font2,"Multifunctional          ",0,0,st7789.BLACK,st7789.WHITE) 
    display.text(font2,"  Alarm system           ",0,30,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
    display.text(font2,"  ALS&PS_MODE  ",0,60,st7789.BLACK,st7789.BLUE)
    display.text(font2,"      CHECK     ",0,90,st7789.BLACK,st7789.GREEN)
    display.text(font2,"      EXIT                         ",0,120,st7789.BLACK,st7789.YELLOW)
    display.text(font2,"      JXWM           ",0,150,st7789.RED,st7789.WHITE)
    display.text(font2,"                           ",0,180,st7789.RED,st7789.WHITE)
def choose(buttonValueL):
    if (buttonValueL%3==1):
        display.fill_circle(220,72,12,st7789.RED)
        display.fill_circle(220,102,12,st7789.GREEN)
        display.fill_circle(220,132,12,st7789.YELLOW)
    if (buttonValueL%3==2):
        display.fill_circle(220,72,12,st7789.BLUE)
        display.fill_circle(220,102,12,st7789.RED)
        display.fill_circle(220,132,12,st7789.YELLOW)
    if (buttonValueL%3==0):
        display.fill_circle(220,72,12,st7789.BLUE)
        display.fill_circle(220,102,12,st7789.GREEN)
        display.fill_circle(220,132,12,st7789.RED)
# 主程序
def main():
    display.fill(st7789.WHITE)
    buttonValueS = 0
    buttonValueL = 0
    buttonValueR = 0
    buttonValueM = 0
    menu()
    init()
    buttonValueM = buttonM.value()
    while True:
        if buttonL.value() == 0 :
            buttonValueL = buttonValueL+1
        if buttonR.value() == 0 :
            if(buttonValueL>0):
                buttonValueL = buttonValueL-1
            else:
                buttonValueL=0
        if buttonM.value() == 0 :
            buttonValueM = 1
        choose(buttonValueL)
        if  buttonValueM  :
                    if (buttonValueL%3==1):
                        display.text(font2,"                          ",0,60,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
                        display.text(font2,"PS=                       ",0,90,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
                        display.text(font2, "ALS=                  ", 0, 120,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
                        PS,lx=read_sensor_data()
                        display.text(font2,"PS="+str(PS),0,90,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
                        display.text(font2, "ALS="+str(lx), 0, 120,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
                        check(PS,lx)
                        display.text(font2, "      MODE1   ", 0, 180,st7789.BLUE,st7789.WHITE)
                    elif (buttonValueL%3==2):
                        display.text(font2,"                          ",0,60,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
                        display.text(font2,"PS=                       ",0,90,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
                        display.text(font2, "ALS=                  ", 0, 120,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
                        PS,lx=read_sensor_data()
                        display.text(font2,"PS="+str(PS),0,90,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
                        display.text(font2, "ALS="+str(lx), 0, 120,st7789.BLACK,st7789.WHITE)
                        check_2(PS,lx)
                        display.text(font2, "      MODE2   ", 0, 180,st7789.GREEN,st7789.WHITE)
                    elif (buttonValueL%3==0):           
                        menu()
                        buttonValueM = 0
                        continue        

        time.sleep(0.1)

        

if __name__ == '__main__':
    main()


六.活动总结与未来计划

通过对本项目的学习，对I2C又有了进一步的了解，本次项目锻炼了我的编程能力，对嵌入式开发有了新的体会，受益匪浅。未来期望再次参加活动，开拓电子芯片在生活中运用的视野，改变思维模式。

软硬件
团队介绍
BUPT学生一枚
团队成员
T-&10
BUPT业余人士
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