Python 物联网入门指南（三）（3）-阿里云开发者社区

Python 物联网入门指南（三）（2）https://developer.aliyun.com/article/1507200

准备工作

这个配方使用了前一个配方中使用的 RGB LED 套件；您还需要以下额外的物品：

面包板（半尺寸或更大）
2 x DuPont 母对公跳线
倾斜开关（适合滚珠类型）
1 x 470 欧姆电阻（R_Protect）
面包板线（实心线）

倾斜开关应添加到 RGB LED（如准备工作部分的多路复用彩色 LED配方中所述）。倾斜开关的接线如下：

！倾斜开关连接到 GPIO 输入（GPIO 引脚 24）和 Gnd（GPIO 引脚 6）

为了重现 POV 图像，您需要能够快速移动 LED 并来回倾斜开关。请注意倾斜开关安装在侧面倾斜，因此当向左移动时开关将打开。建议将硬件安装在一根木头或类似设备上。您甚至可以使用便携式 USB 电池组和 Wi-Fi dongle 来通过远程连接为树莓派供电和控制（有关详细信息，请参见第一章中的*通过网络远程连接树莓派使用 SSH（和 X11 转发）*配方）：

！持续视觉硬件设置

您还需要已完成的rgbled.py文件，我们将在如何操作…部分进一步扩展它。

如何操作…

创建一个名为tilt.py的脚本来报告倾斜开关的状态：

#!/usr/bin/python3 
#tilt.py 
import RPi.GPIO as GPIO 
#HARDWARE SETUP 
# GPIO 
# 2[===========T=]26[=======]40 
# 1[=============]25[=======]39 
#Tilt Config 
TILT_SW = 24 
def tilt_setup(): 
  #Setup the wiring 
  GPIO.setmode(GPIO.BOARD) 
  #Setup Ports 
  GPIO.setup(TILT_SW,GPIO.IN,pull_up_down=GPIO.PUD_UP) 
def tilt_moving(): 
  #Report the state of the Tilt Switch 
  return GPIO.input(TILT_SW) 
def main(): 
  import time 
  tilt_setup() 
  while True: 
    print("TILT %s"% (GPIO.input(TILT_SW))) 
    time.sleep(0.1) 
if __name__=='__main__': 
  try: 
    main() 
  finally: 
    GPIO.cleanup() 
    print("Closed Everything. END") 
#End

您可以通过直接运行以下命令来测试脚本：

sudo python3 tilt.py

将以下rgbled_pov()函数添加到我们之前创建的rgbled.py脚本中；这将允许我们显示图像的单行：

def rgbled_pov(led_pattern,color,ontime): 
  '''Disable all the LEDs and re-enable the LED pattern in the required color''' 
  led_deactivate(LED,RGB) 
  for led_num,col_num in enumerate(led_pattern): 
    if col_num >= 1: 
      led_activate(LED[led_num],color) 
  time.sleep(ontime)

现在，我们将创建以下文件，名为rgbledmessage.py，以执行显示我们的消息所需的操作。首先，我们将导入所使用的模块：更新的rgbled模块，新的tilt模块和 Python os模块。最初，我们将DEBUG设置为True，这样 Python 终端在脚本运行时将显示额外的信息：

#!/usr/bin/python3 
# rgbledmessage.py 
import rgbled as RGBLED 
import tilt as TILT 
import os 
DEBUG = True

添加一个readMessageFile()函数来读取letters.txt文件的内容，然后添加processFileContent()来为每个字母生成一个 LED 模式的Python 字典：

def readMessageFile(filename): 
  assert os.path.exists(filename), 'Cannot find the message file: %s' % (filename) 
  try: 
    with open(filename, 'r') as theFile: 
    fileContent = theFile.readlines() 
  except IOError: 
    print("Unable to open %s" % (filename)) 
  if DEBUG:print ("File Content START:") 
  if DEBUG:print (fileContent) 
  if DEBUG:print ("File Content END") 
  dictionary = processFileContent(fileContent) 
  return dictionary  
def processFileContent(content): 
  letterIndex = [] #Will contain a list of letters stored in the file 
  letterList = []  #Will contain a list of letter formats 
  letterFormat = [] #Will contain the format of each letter 
  firstLetter = True 
  nextLetter = False 
  LETTERDIC={} 
  #Process each line that was in the file 
  for line in content: 
    # Ignore the # as comments 
    if '#' in line: 
      if DEBUG:print ("Comment: %s"%line) 
    #Check for " in the line = index name   
    elif '"' in line: 
      nextLetter = True 
      line = line.replace('"','') #Remove " characters 
      LETTER=line.rstrip() 
      if DEBUG:print ("Index: %s"%line) 
    #Remaining lines are formatting codes 
    else: 
      #Skip firstLetter until complete 
      if firstLetter: 
        firstLetter = False 
        nextLetter = False 
        lastLetter = LETTER 
      #Move to next letter if needed 
      if nextLetter: 
        nextLetter = False 
        LETTERDIC[lastLetter]=letterFormat[:] 
        letterFormat[:] = [] 
        lastLetter = LETTER 
      #Save the format data 
      values = line.rstrip().split(' ') 
      row = [] 
      for val in values: 
        row.append(int(val)) 
      letterFormat.append(row) 
  LETTERDIC[lastLetter]=letterFormat[:] 
  #Show letter patterns for debugging 
  if DEBUG:print ("LETTERDIC: %s" %LETTERDIC) 
  if DEBUG:print ("C: %s"%LETTERDIC['C']) 
  if DEBUG:print ("O: %s"%LETTERDIC['O']) 
  return LETTERDIC

添加一个createBuffer()函数，它将把消息转换为每个字母的 LED 模式系列（假设该字母由letters.txt文件定义）：

def createBuffer(message,dictionary): 
  buffer=[] 
  for letter in message: 
    try: 
      letterPattern=dictionary[letter] 
    except KeyError: 
      if DEBUG:print("Unknown letter %s: use _"%letter) 
      letterPattern=dictionary['_'] 
    buffer=addLetter(letterPattern,buffer) 
  if DEBUG:print("Buffer: %s"%buffer) 
  return buffer 
def addLetter(letter,buffer): 
  for row in letter: 
    buffer.append(row) 
  buffer.append([0,0,0,0,0]) 
  buffer.append([0,0,0,0,0]) 
  return buffer

接下来，我们定义一个displayBuffer()函数，使用rgbled模块中的rgbled_pov()函数来显示 LED 模式：

def displayBuffer(buffer): 
  position=0 
  while(1): 
    if(TILT.tilt_moving()==False): 
      position=0 
    elif (position+1)<len(buffer): 
      position+=1 
      if DEBUG:print("Pos:%s ROW:%s"%(position,buffer[position])) 
    RGBLED.rgbled_pov(buffer[position],RGBLED.RGB_GREEN,0.001) 
    RGBLED.rgbled_pov(buffer[position],RGBLED.RGB_BLUE,0.001)

最后，我们创建一个main()函数来执行所需的每个步骤：
设置硬件组件（RGB LED 和倾斜开关）。
阅读letters.txt文件。
定义 LED 字母模式的字典。
生成一个缓冲区来表示所需的消息。
使用rgbled模块显示缓冲区，并使用tilt模块进行控制：

def main(): 
  RGBLED.led_setup() 
  TILT.tilt_setup() 
  dict=readMessageFile('letters.txt') 
  buffer=createBuffer('_COOKBOOK_',dict) 
  displayBuffer(buffer) 
if __name__=='__main__': 
  try: 
    main() 
  finally: 
    RGBLED.led_cleanup() 
    print("Closed Everything. END") 
#End

创建以下文件，名为letters.txt，以定义显示示例'_COOKBOOK_'消息所需的 LED 模式。请注意，此文件只需要为消息中的每个唯一字母或符号定义一个模式：

工作原理…

第一个函数“readMessageFile（）”将打开并读取给定文件的内容。然后使用“processFileContent（）”返回一个包含文件中定义的字母对应的 LED 图案的 Python 字典。处理文件时，会处理文件中的每一行，忽略包含“＃”字符的任何行，并检查“”字符以指示接下来的 LED 图案的名称。处理文件后，我们得到一个包含 LED 图案的 Python 字典，其中包含'_'、'C'、'B'、'K'和'O'字符。

'_': [[0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0]] 
'C': [[0, 1, 1, 1, 0], [1, 0, 0, 0, 1], [1, 0, 0, 0, 1]] 
'B': [[1, 1, 1, 1, 1], [1, 0, 1, 0, 1], [0, 1, 0, 1, 0]] 
'K': [[1, 1, 1, 1, 1], [0, 1, 0, 1, 0], [1, 0, 0, 0, 1]] 
'O': [[0, 1, 1, 1, 0], [1, 0, 0, 0, 1], [1, 0, 0, 0, 1], [0, 1, 1, 1, 0]]

现在我们有一系列可供选择的字母，我们可以使用“createBuffer（）”函数创建 LED 图案序列。正如其名称所示，该函数将通过查找消息中的每个字母并逐行添加相关的图案来构建 LED 图案的缓冲区。如果在字典中找不到字母，则将使用空格代替。

最后，我们现在有一系列准备显示的 LED 图案。为了控制我们何时开始序列，我们将使用 TILT 模块并检查倾斜开关的状态：

当倾斜开关不移动时的位置（左）和移动时的位置（右）

倾斜开关由一个小滚珠封闭在一个空心绝缘圆柱体中组成；当球静止在圆柱体底部时，两个引脚之间的连接闭合。当球移动到圆柱体的另一端，远离引脚的接触时，倾斜开关打开：

倾斜开关电路，开关闭合和开关打开时

先前显示的倾斜开关电路将在开关闭合时将 GPIO 引脚 24 连接到地。然后，如果我们读取引脚，当它静止时将返回False。通过将 GPIO 引脚设置为输入并启用内部上拉电阻，当倾斜开关打开时，它将报告True。

如果倾斜开关是打开的（报告True），那么我们将假设单位正在移动，并开始显示 LED 序列，每次显示 LED 图案的一行时递增当前位置。为了使图案更加丰富多彩（只是因为我们可以！），我们会用另一种颜色重复每一行。一旦“TILT.tilt_moving（）”函数报告我们已经停止移动或者我们正在向相反方向移动，我们将重置当前位置，准备重新开始整个图案：

消息由 RGB LED 显示 - 在这里，我们一起使用绿色和蓝色

当 RGB LED 模块和倾斜开关来回移动时，我们应该看到消息在空中显示！

尝试尝试不同的颜色组合、速度和手臂挥动，看看你能产生什么效果。你甚至可以创建一个类似的设置，安装在车轮上，产生连续的 POV 效果。

第八章：感知和显示真实世界的数据

在本章中，我们将涵盖以下主题：

使用 I2C 总线的设备
使用模拟数字转换器读取模拟数据
记录和绘制数据
通过 I/O 扩展器扩展树莓派 GPIO
在 SQLite 数据库中捕获数据
查看来自您自己的 Web 服务器的数据
感知和发送数据到在线服务

介绍

在本章中，我们将学习如何收集来自现实世界的模拟数据并对其进行处理，以便在程序中显示、记录、绘制和共享数据，并利用这些数据。

我们将通过使用树莓派的 GPIO 连接来扩展树莓派的功能，与模拟数字转换器（ADC）、LCD 字母显示器和数字端口扩展器进行接口。

使用 I2C 总线的设备

树莓派可以支持多种高级协议，可以轻松连接各种设备。在本章中，我们将专注于最常见的总线，称为 I-squared-C（I²C）。它提供了一个用于通过两根导线与设备通信的中速总线。在本节中，我们将使用 I²C 与 8 位 ADC 进行接口。该设备将测量模拟信号，将其转换为 0 到 255 之间的相对值，并将该值作为数字信号（由 8 位表示）通过 I²C 总线发送到树莓派。

I²C 的优势可以总结如下：

即使在总线上有许多设备的情况下，也能保持低引脚/信号计数
适应不同从设备的需求
容易支持多个主设备
包括 ACK/NACK 功能以改进错误处理

准备工作

并非所有树莓派镜像都启用了 I²C 总线；因此，我们需要启用模块并安装一些支持工具。Raspbian 的新版本使用设备树来处理硬件外围设备和驱动程序。

为了使用 I²C 总线，我们需要在bootconfig.txt文件中启用 ARM I²C。

您可以使用以下命令自动执行此操作：

sudo raspi-config

从菜单中选择高级选项，然后选择 I²C，如下截图所示。当询问时，选择是以启用接口，然后点击是以默认加载模块：

raspi-config 菜单

从菜单中选择 I2C，选择是以启用接口并默认加载模块。

raspi-config程序通过修改/boot/config.txt以包括dtparam=i2c_arm=on来启用I2C_ARM接口。另一种总线（I2C_VC）通常保留用于与树莓派 HAT 附加板进行接口（从板载存储器设备读取配置信息）；但是，您也可以使用dtparam=i2c_vc=on来启用此功能。

如果您愿意，您还可以使用raspi-config列表启用 SPI，这是另一种类型的总线。

接下来，我们应该包括 I²C 模块在打开树莓派时加载，如下所示：

sudo nano /etc/modules

添加以下内容并保存（Ctrl + X, Y, Enter）：

i2c-dev
i2c-bcm2708

类似地，我们还可以通过添加spi-bcm2708来启用 SPI 模块。

接下来，我们将安装一些工具，以便直接从命令行使用 I²C 设备，如下所示：

sudo apt-get update
sudo apt-get install i2c-tools

最后，在连接硬件之前关闭树莓派，以便应用更改，如下所示：

sudo halt

您将需要一个 PCF8591 模块（这些的零售商在附录硬件和软件清单中列出）或者您可以单独获取 PCF8591 芯片并构建自己的电路（有关电路的详细信息，请参阅*还有更多…*部分）：

来自 dx.com 的 PCF8591 ADC 和传感器模块

将 GND、VCC、SDA 和 SCL 引脚连接到树莓派的 GPIO 引脚头，如下所示：

树莓派 GPIO 引脚上的 I2C 连接您可以通过研究设备的数据表找出要发送/读取的消息以及用于控制设备的寄存器，使用相同的 I²C 工具/代码与其他 I²C 设备。

操作步骤…

i2cdetect命令用于检测 I²C 设备（--y选项跳过有关可能干扰连接到 I²C 总线的其他硬件的警告）。以下命令用于扫描两个总线：

sudo i2cdetect -y 0
sudo i2cdetect -y 1

根据您的树莓派板子版本，设备的地址应该在总线 0 上列出（适用于 Model B Rev1 板）或总线 1 上（适用于树莓派 2 和 3，以及树莓派 1 Model A 和 Model B Revision 2）。默认情况下，PCF8591 地址是0x48：

要使用的 I²C 总线号	总线 00	总线 11
树莓派 2 和 3	HAT ID（I2C_VC）	GPIO（I2C_ARM）
Model A 和 Model B Revision 2	P5	GPIO
Model B Revision 1	GPIO	N/A

以下屏幕截图显示了i2cdetect的输出：

PCF8591 地址（48）在总线 1 上显示

如果没有列出任何内容，请关闭并仔细检查您的连接（来自www.dx.com的 ADC 模块在上电时会打开红色 LED）。

如果收到错误消息，指出/dev/i2c1总线不存在，您可以执行以下检查：

确保/etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf文件为空（即模块未被列入黑名单），使用以下命令查看文件：

sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf

如果文件中有任何内容（例如blacklist i2c-bcm2708），请删除并保存
检查/boot/config，确保没有包含device_tree_param=的行（这将禁用对新设备树配置的支持，并禁用对某些树莓派 HAT 附加板的支持）
使用lsmod检查模块是否已加载，并查找i2c-bcm2708和i2c_dev

使用检测到的总线号（0或1）和设备地址（0x48），使用i2cget从设备读取（上电或通道更改后，您需要两次读取设备才能看到最新值），如下所示：

sudo i2cget -y 1 0x48
sudo i2cget -y 1 0x48

要从通道1读取（这是模块上的温度传感器），我们可以使用i2cset将0x01写入 PCF8591 控制寄存器。同样，使用两次读取来从通道1获取新样本，如下所示：

sudo i2cset -y 1 0x48 0x01
sudo i2cget -y 1 0x48
sudo i2cget -y 1 0x48

要循环遍历每个输入通道，请使用i2cset将控制寄存器设置为0x04，如下所示：

sudo i2cset -y 1 0x48 0x04

我们还可以使用以下命令控制 AOUT 引脚，将其完全打开（点亮 LED D1）：

sudo i2cset -y 1 0x48 0x40 0xff

最后，我们可以使用以下命令将其完全关闭（关闭 LED D1）：

sudo i2cset -y 1 0x48 0x40 0x00

工作原理…

设备上电后的第一次读取将返回0x80，并且还将触发通道 0 的新样本。如果再次读取，它将返回先前读取的样本并生成新样本。每次读取都将是一个 8 位值（范围从0到255），表示电压到 VCC（在本例中为 0V 到 3.3V）。在www.dx.com模块上，通道 0 连接到光传感器，因此如果用手遮住模块并重新发送命令，您将观察到值的变化（较暗表示较高的值，较亮表示较低的值）。您会发现读数总是滞后一步；这是因为当它返回先前的样本时，它捕获了下一个样本。

我们使用以下命令指定要读取的特定通道：

sudo i2cset -y 1 0x48 0x01

这将更改要读取的通道为通道 1（在模块上标有AIN1）。请记住，您需要执行两次读取，然后才能从新选择的通道看到数据。以下表格显示了通道和引脚名称，以及哪些跳线连接器启用/禁用了每个传感器：

通道	0	1	2	3
引脚名称	AIN0	AIN1	AIN2	AIN3
传感器	光敏电阻	热敏电阻	外部引脚	电位器
跳线	P5	P4		P6

接下来，我们通过设置控制寄存器的模拟输出使能标志（第 6 位）来控制 AOUT 引脚，并使用下一个值来设置模拟电压（0V-3.3V，0x00-0xFF），如下所示：

sudo i2cset -y 1 0x48 0x40 0xff

最后，可以将第 2 位（0x04）设置为自动递增，并循环通过输入通道，如下所示：

sudo i2cset -y 1 0x48 0x04

每次运行i2cget -y 1 0x48，下一个通道将被选择，从 AIN0 开始，然后从 AIN1 到 AIN3 再返回到 AIN0。

要理解如何设置值中的特定位，有助于查看数字的二进制表示。8 位值0x04可以用二进制b0000 0100来表示（0x表示值以十六进制表示，b 表示二进制数）。

二进制数中的位从右到左进行计数，从 0 开始 - 即，MSB 7 6 5 4 3 2 1 0 LSB。

第 7 位被称为最高有效位（MSB），第 0 位被称为最低有效位（LSB）。因此，通过设置第 2 位，我们最终得到b0000 0100（即0x04）。

还有更多…

I²C 总线允许我们只使用少量线路轻松连接多个设备。PCF8591 芯片可用于将自己的传感器连接到模块或仅连接芯片。

使用多个 I2C 设备

I²C 总线上的所有命令都是针对特定的 I²C 设备的（许多设备可以选择将一些引脚设为高电平或低电平以选择附加地址，并允许多个设备存在于同一总线上）。每个设备必须具有唯一地址，以便一次只有一个设备会做出响应。PCF8591 的起始地址是0x48，通过三个地址引脚可选择附加地址为0x4F。这允许在同一总线上使用多达八个 PCF8591 设备。

如果决定使用位于 GPIO 引脚 27 和 28（或位于 Model A 和 Revision 2 Model B 设备的 P5 标头）的 I2C_VC 总线，则可能需要在 I²C 线和 3.3V 之间添加 1k8 欧姆的上拉电阻。这些电阻已经存在于 GPIO 连接器上的 I²C 总线上。但是，一些 I²C 模块，包括 PCF8591 模块，已经安装了自己的电阻，因此可以在没有额外电阻的情况下工作。

I2C 总线和电平转换

I²C 总线由两根线组成，一根数据线（SDA）和一根时钟线（SCL）。两根线都通过上拉电阻被被动地拉到 VCC（在树莓派上，这是 3.3V）。树莓派将通过每个周期将时钟线拉低来控制时钟，数据线可以被树莓派拉低以发送命令，或者被连接的设备拉低以回应数据：

树莓派 I²C 引脚包括 SDA 和 SCL 上的上拉电阻

由于从机设备只能将数据线拉到GND，因此设备可以由 3.3V 甚至 5V 供电，而不会有驱动 GPIO 引脚电压过高的风险（请记住，树莓派 GPIO 无法处理超过 3.3V 的电压）。只要设备的 I²C 总线能够识别逻辑最大值为 3.3V 而不是 5V，这应该可以工作。I²C 设备不能安装自己的上拉电阻，因为这会导致 GPIO 引脚被拉到 I²C 设备的供电电压。

请注意，本章中使用的 PCF8591 模块已安装了电阻；因此，我们只能使用VCC = 3V3。双向逻辑电平转换器可用于克服逻辑电平的任何问题。其中一种设备是Adafruit I²C 双向逻辑电平转换模块，如下图所示：

Adafruit I²C 双向逻辑电平转换模块

除了确保任何逻辑电压适合您使用的设备之外，它还将允许总线在更长的导线上延伸（电平转换器还将充当总线中继）。

仅使用 PCF8591 芯片或添加替代传感器

下图显示了 PCF8591 模块不带传感器的电路图：

PCF8591 模块的电路图，不带传感器附件

如您所见，除了传感器外，只有五个额外的元件。我们有一个电源滤波电容（C1）和一个带有限流电阻（R5）的电源指示 LED（D2），所有这些都是可选的。

请注意，该模块包括两个 10K 上拉电阻（R8 和 R9）用于 SCL 和 SDA 信号。但是，由于树莓派上的 GPIO I²C 连接也包括上拉电阻，因此模块上不需要这些电阻（并且可以被移除）。这也意味着我们应该只将该模块连接到 VCC = 3.3V（如果我们使用 5V，则 SCL 和 SDA 上的电压将约为 3.56V，这对于树莓派的 GPIO 引脚来说太高）。

PCF891 模块上的传感器都是电阻性的，因此模拟输入上的电压电平将随着传感器电阻的变化在 GND 和 VCC 之间变化：

电位分压电路。这提供了与传感器电阻成比例的电压。

该模块使用一种称为电位分压器的电路。顶部的电阻平衡了底部传感器提供的电阻，以提供介于VCC和GND之间的电压。

电位器的输出电压（V[out]）可以计算如下：

R[t]和 R[b]分别是顶部和底部的电阻值，VCC 是供电电压。

模块中的电位器具有 10K 欧姆的电阻，根据调节器的位置在顶部和底部之间分割。因此，在中间，我们在每一侧都有 5K 欧姆和输出电压为 1.65V；四分之一的位置（顺时针），我们有 2.5K 欧姆和 7.5K 欧姆，产生 0.825V。

我没有显示 AOUT 电路，它是一个电阻和 LED。但是，正如您将发现的，LED 不适合指示模拟输出（除了显示开/关状态）。

对于更敏感的电路，您可以使用更复杂的电路，例如惠斯通电桥（它允许检测电阻的微小变化），或者您可以使用专用传感器，根据其读数输出模拟电压（例如TMP36温度传感器）。PCF891 还支持差分输入模式，其中一个通道的输入可以与另一个通道的输入进行比较（结果读数将是两者之间的差异）。

有关 PCF8591 芯片的更多信息，请参阅www.nxp.com/documents/data_sheet/PCF8591.pdf上的数据表。

使用模拟数字转换器读取模拟数据

在命令行中使用的 I²C 工具（在上一节中使用）对于调试 I²C 设备非常有用，但对于 Python 来说并不实用，因为它们会很慢并且需要大量的开销。幸运的是，有几个 Python 库提供了 I²C 支持，允许有效地使用 I²C 与连接的设备进行通信并提供简单的操作。

我们将使用这样的库来创建我们自己的 Python 模块，它将允许我们快速轻松地从 ADC 设备获取数据并在我们的程序中使用它。该模块设计得非常灵活，可以在不影响其余示例的情况下放置其他硬件或数据源。

准备工作

要使用 Python 3 使用 I²C 总线，我们将使用Gordon Henderson 的 WiringPi2（有关更多详细信息，请参见wiringpi.com/）。

安装wiringpi2的最简单方法是使用 Python 3 的pip。pip是 Python 的软件包管理器，其工作方式类似于apt-get。您希望安装的任何软件包都将从在线存储库自动下载并安装。

要安装pip，请使用以下命令：

sudo apt-get install python3-dev python3-pip

然后，使用以下命令安装wiringpi2：

sudo pip-3.2 install wiringpi2

安装完成后，您应该看到以下内容，表示成功：

成功安装 WiringPi2

您需要将 PCF8591 模块连接到树莓派的 I²C 连接上，就像之前使用的那样：

PCF8591 模块和引脚连接到树莓派 GPIO 连接器

如何做…

在下一节中，我们将编写一个脚本，以便我们可以收集数据，然后稍后在本章中使用。

创建以下脚本data_adc.py，如下所示：

首先，导入我们将使用的模块并创建变量，如下所示：

#!/usr/bin/env python3 
#data_adc.py 
import wiringpi2 
import time 
DEBUG=False 
LIGHT=0;TEMP=1;EXT=2;POT=3 
ADC_CH=[LIGHT,TEMP,EXT,POT] 
ADC_ADR=0x48 
ADC_CYCLE=0x04 
BUS_GAP=0.25 
DATANAME=["0:Light","1:Temperature", 
          "2:External","3:Potentiometer"]

创建device类并使用构造函数进行初始化，如下所示：

class device: 
  # Constructor: 
  def __init__(self,addr=ADC_ADR): 
    self.NAME = DATANAME 
    self.i2c = wiringpi2.I2C() 
    self.devADC=self.i2c.setup(addr) 
    pwrup = self.i2c.read(self.devADC) #flush powerup value 
    if DEBUG==True and pwrup!=-1: 
      print("ADC Ready") 
    self.i2c.read(self.devADC) #flush first value 
    time.sleep(BUS_GAP) 
    self.i2c.write(self.devADC,ADC_CYCLE) 
    time.sleep(BUS_GAP) 
    self.i2c.read(self.devADC) #flush first value

在类中，定义一个函数以提供通道名称列表，如下所示：

def getName(self): 
  return self.NAME

定义另一个函数（仍然作为类的一部分）以返回 ADC 通道的新样本集，如下所示：

def getNew(self): 
  data=[] 
  for ch in ADC_CH: 
    time.sleep(BUS_GAP) 
    data.append(self.i2c.read(self.devADC)) 
  return data

最后，在设备类之后，创建一个测试函数来测试我们的新device类，如下所示。这只能在直接执行脚本时运行：

def main(): 
  ADC = device(ADC_ADR) 
  print (str(ADC.getName())) 
  for i in range(10): 
    dataValues = ADC.getNew() 
    print (str(dataValues)) 
    time.sleep(1) 
if __name__=='__main__': 
  main() 
#End

您可以使用以下命令运行此模块的测试函数：

sudo python3 data_adc.py

工作原理…

我们首先导入wiringpi2，以便稍后可以与我们的 I²C 设备通信。我们将创建一个类来包含控制 ADC 所需的功能。创建类时，我们可以初始化wiringpi2，使其准备好使用 I²C 总线（使用wiringpi2.I2C()），并使用芯片的总线地址设置一个通用 I²C 设备（使用self.i2c.setup(0x48)）。

wiringpi2还有一个专用类，可与 PCF8591 芯片一起使用；但是，在这种情况下，更有用的是使用标准 I²C 功能来说明如何使用wiringpi2控制任何 I²C 设备。通过参考设备数据表，您可以使用类似的命令与任何连接的 I²C 设备进行通信（无论是否直接支持）。

与以前一样，我们执行设备读取并配置 ADC 以循环通过通道，但是我们使用wiringpi2的I2C对象的read和write函数，而不是i2cget和i2cset。初始化后，设备将准备好读取每个通道上的模拟信号。

该类还将有两个成员函数。第一个函数getName()返回一个通道名称列表（我们可以用它来将数据与其来源进行关联），第二个函数getNew()返回所有通道的新数据集。数据是使用i2c.read()函数从 ADC 读取的，由于我们已经将其放入循环模式，每次读取都将来自下一个通道。

由于我们计划稍后重用此类，因此我们将使用if __name__测试来允许我们定义在直接执行文件时要运行的代码。在我们的main()函数中，我们创建 ADC，这是我们新设备类的一个实例。如果需要，我们可以选择选择非默认地址；否则，将使用芯片的默认地址。我们使用getName()函数打印出通道的名称，然后我们可以从ADC（使用getNew()）收集数据并显示它们。

还有更多…

以下允许我们在data_adc.py中定义设备类的另一个版本，以便可以在 ADC 模块的位置使用它。这将允许在本章的其余部分中尝试而无需任何特定的硬件。

无硬件收集模拟数据

如果您没有可用的 ADC 模块，则可以从树莓派内部获得大量可用数据，可以代替使用。

创建data_local.py脚本如下：

#!/usr/bin/env python3 
#data_local.py 
import subprocess 
from random import randint 
import time 
MEM_TOTAL=0 
MEM_USED=1 
MEM_FREE=2 
MEM_OFFSET=7 
DRIVE_USED=0 
DRIVE_FREE=1 
DRIVE_OFFSET=9 
DEBUG=False 
DATANAME=["CPU_Load","System_Temp","CPU_Frequency", 
          "Random","RAM_Total","RAM_Used","RAM_Free", 
          "Drive_Used","Drive_Free"] 
def read_loadavg(): 
  # function to read 1 minute load average from system uptime 
  value = subprocess.check_output( 
            ["awk '{print $1}' /proc/loadavg"], shell=True) 
  return float(value) 
def read_systemp(): 
  # function to read current system temperature 
  value = subprocess.check_output( 
            ["cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/temp"], 
            shell=True) 
  return int(value) 
def read_cpu(): 
  # function to read current clock frequency 
  value = subprocess.check_output( 
            ["cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/"+ 
             "scaling_cur_freq"], shell=True) 
  return int(value) 
def read_rnd(): 
  return randint(0,255) 
def read_mem(): 
  # function to read RAM info 
  value = subprocess.check_output(["free"], shell=True) 
  memory=[] 
  for val in value.split()[MEM_TOTAL+ 
                           MEM_OFFSET:MEM_FREE+ 
                           MEM_OFFSET+1]: 
    memory.append(int(val)) 
  return(memory) 
def read_drive(): 
  # function to read drive info 
  value = subprocess.check_output(["df"], shell=True) 
  memory=[] 
  for val in value.split()[DRIVE_USED+ 
                           DRIVE_OFFSET:DRIVE_FREE+ 
                           DRIVE_OFFSET+1]: 
    memory.append(int(val)) 
  return(memory) 
class device: 
  # Constructor: 
  def __init__(self,addr=0): 
    self.NAME=DATANAME 
  def getName(self): 
    return self.NAME 
  def getNew(self): 
    data=[] 
    data.append(read_loadavg()) 
    data.append(read_systemp()) 
    data.append(read_cpu()) 
    data.append(read_rnd()) 
    memory_ram = read_mem() 
    data.append(memory_ram[MEM_TOTAL]) 
    data.append(memory_ram[MEM_USED]) 
    data.append(memory_ram[MEM_FREE]) 
    memory_drive = read_drive() 
    data.append(memory_drive[DRIVE_USED]) 
    data.append(memory_drive[DRIVE_FREE]) 
    return data 
def main(): 
  LOCAL = device() 
  print (str(LOCAL.getName())) 
  for i in range(10): 
    dataValues = LOCAL.getNew() 
    print (str(dataValues)) 
    time.sleep(1) 
if __name__=='__main__': 
  main() 
#End

前面的脚本允许我们使用以下命令从树莓派中收集系统信息（subprocess模块允许我们捕获结果并处理它们）：

CPU 速度：

cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_cur_freq

CPU 负载：

awk '{print $1}' /proc/loadavg

核心温度（乘以 1,000）：

cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/temp

驱动器信息：

df

RAM 信息：

free

每个数据项都是使用其中一个函数进行采样的。在驱动和 RAM 信息的情况下，我们将响应拆分为一个列表（由空格分隔），并选择我们想要监视的项目（如可用内存和已用驱动器空间）。

这一切都打包成与data_adc.py文件和device类相同的方式运行（因此您可以选择在以下示例中使用data_adc包括或data_local包括，只需将data_adc包括替换为data_local）。

Python 物联网入门指南（三）（4）https://developer.aliyun.com/article/1507202

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