項(xiàng)目零件清單
　　Raspberry Pi（型號(hào) A+、B、B+ 或 Pi 2）
　?。≦1）2N2222 NPN 晶體管或等效晶體管
　　（R1）220 歐姆電阻（紅色、紅色、棕色、金色），1/4W，5%
　?。―1）1N4001 整流二極管或等效元件
　?。∕1）3-6VDC 電機(jī)或同等電機(jī)
　?。≒i 1）Raspberry Pi Cobbler或同等產(chǎn)品
　?。≧2）光電管
　　DMM（數(shù)字萬(wàn)用表）或 VOM（伏特-歐姆-毫安表）
　　跳線（手工剝線 22 AWG [美國(guó)線規(guī)]）實(shí)心線或 Adafruit 面包板線 產(chǎn)品 ID：153）
　　（VCC1）6VDC電池組
　　1.5VDC AAA 或 AA 電池 x 4
　?。⊿1）觸覺(jué)按鈕開(kāi)關(guān)
　　光檢測(cè)和光電管　　光電管是一種光敏電阻。電氣教科書(shū)或電子愛(ài)好者雜志中使用的另一個(gè)術(shù)語(yǔ)是光敏電阻或 LDR。如果您從未見(jiàn)過(guò)光電管，圖 2 顯示了 LDR 的電氣符號(hào)和組件視圖。

　　圖 2.光電管的電氣符號(hào)和組件視圖　　光電管對(duì)光的電響應(yīng)是電阻的變化。光電管敏感表面接收的光越多，其電阻越小，降至幾百歐姆。在黑暗中，光電管電阻為兆歐姆?？梢赃M(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)查看光電管的電阻如何根據(jù)光照水平而變化。首先，取一個(gè) DMM（數(shù)字萬(wàn)用表）并將其設(shè)置為讀取歐姆。將歐姆表刻度調(diào)整到 20 千歐姆設(shè)置。將 DMM 的正極和負(fù)極測(cè)試引線連接到光電管上，如圖 3 所示。歐姆表上顯示的讀數(shù)將為幾千歐姆。

　　圖 3。作者的歐姆表讀數(shù)為 3.11 千歐姆。注意：電阻值將根據(jù)光電管接收到的環(huán)境光而變化?！　〗酉聛?lái)，將刻度調(diào)整到最高兆歐姆設(shè)置。將手放在光電管上，您將看到幾百萬(wàn)歐姆的電阻值，如圖 4 所示。

　　圖4.作者的歐姆表讀數(shù)為1.587兆歐?！　榱双@得最佳效果，可以切割墨水筆的筆桿并將其內(nèi)部涂成黑色，制作一個(gè)準(zhǔn)直器（一種使光線變窄的裝置）。干燥后，將準(zhǔn)直器放在光電管上方。將準(zhǔn)直器放在光電管上方可減少環(huán)境（外部）光對(duì)歐姆表電阻讀數(shù)的干擾。我使用非工作墨水筆的“手指握把”制作了一個(gè)準(zhǔn)直器，如圖 5 所示。圖 4 中獲得的電阻測(cè)量值基于我自制的“手指握把”準(zhǔn)直器。這些最小和最大光電管電阻值將使我們能夠?qū)⒁粋€(gè)簡(jiǎn)單的光傳感器開(kāi)關(guān)連接到無(wú)焊面包板上的 RPi。

　　圖 5. 作者用墨水筆手指握把自制的準(zhǔn)直儀。
　　構(gòu)建簡(jiǎn)單的光傳感器開(kāi)關(guān)　　我們將使用光電管和上拉電阻制作一個(gè)簡(jiǎn)單的光傳感器開(kāi)關(guān)。圖 6 顯示了連接到 RPi GPIO 引腳的簡(jiǎn)單光傳感器開(kāi)關(guān)的基本電路原理圖。電壓降將與光電管電阻的大小成正比。例如，將物體或手放在光電管上將在 LDR 上產(chǎn)生約 +3,3VDC 的電壓降。移開(kāi)物體或手將降低光電管的電阻，從而在其上產(chǎn)生成比例的小電壓降。電壓降將由 RPi GPIO 引腳讀取。Python 代碼將讀取光的消失和存在，即 +3.3VDC 或 0VDC。因此，將使用簡(jiǎn)單的光傳感器電路模擬普通觸覺(jué)按鈕 - 數(shù)字開(kāi)關(guān)的電氣行為。 項(xiàng)目的下一階段是構(gòu)建和測(cè)試由晶體管操作的直流電機(jī)。

　　圖 6.使用光電管和上拉電阻構(gòu)建的簡(jiǎn)單光傳感器開(kāi)關(guān)。注意：上拉電阻是使用一行 Python 代碼編程的電氣元件。
　　構(gòu)建晶體管電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路　　項(xiàng)目構(gòu)建的下一階段是連接一個(gè)電子電路，該電路將操作一個(gè)小型直流電機(jī)。具有適當(dāng)放大系數(shù)（Beta）的單個(gè)雙極結(jié)型晶體管（BJT）可用于操作或驅(qū)動(dòng)小型直流電機(jī)。您可以通過(guò)在無(wú)焊面包板上構(gòu)建電路（如圖7所示）輕松構(gòu)建晶體管直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。我還提供了電子電路原理圖作為附加接線參考資料，如圖8所示。在無(wú)焊面包板上構(gòu)建電路后，按下觸覺(jué)按鈕開(kāi)關(guān)將打開(kāi)連接到晶體管集電極引線的小型直流電機(jī)。如果直流電機(jī)不旋轉(zhuǎn)，請(qǐng)從電路中取出電池組，重新檢查您的接線以及1N4001整流二極管和2N2222 NPN晶體管的正確組件方向。糾正接線錯(cuò)誤后，重新連接電池組并再次測(cè)試電路，恭喜您構(gòu)建了一個(gè)功能齊全的晶體管電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路！現(xiàn)在，讓我們通過(guò)回顧基本的晶體管理論來(lái)了解直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路的工作原理。

　　圖 7.晶體管電機(jī)驅(qū)動(dòng)器無(wú)焊面包板接線圖

　　圖8.典型晶體管直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電子電路原理圖
　　基本晶體管理論
　　晶體管能夠操作直流電機(jī)是因?yàn)殡娫措娏鲝?+6VDC 電池組通過(guò)集電極 - 發(fā)射極引線流到地。直流電機(jī)繞組串聯(lián)在集電極引線和 +6VDC 電池組之間。來(lái)自 +6VDC 電池組的電流流過(guò)直流電機(jī)繞組，使其旋轉(zhuǎn)。為了使電流流過(guò)集電極-發(fā)射極引線和直流電機(jī)繞組，必須打開(kāi)晶體管。要打開(kāi)晶體管，必須使用一種稱(chēng)為正向偏置的電子電路操作技術(shù)。正向偏置晶體管包括施加到基極-發(fā)射極結(jié)的輸入電壓，該電壓大于 0.7V（700 mV）。此外，必須根據(jù)半導(dǎo)體元件類(lèi)型正確連接晶體管。BJT 元件類(lèi)型由 PNP 或 NPN 引腳配置組成。2N2222 晶體管是 NPN 元件。　　集電極和發(fā)射極引線為負(fù)極（N 材料），基極為正極（P 材料）。圖 9 顯示了 2N2222 NPN 晶體管的引腳配置和封裝類(lèi)型。如圖 8 所示，基極通過(guò)觸覺(jué)按鈕開(kāi)關(guān)和 220 歐姆串聯(lián)限流電阻連接到 +6VDC 電池組正極紅線，發(fā)射極連接到地線（黑線）。220 歐姆電阻連接到晶體管的基極，以減少滿(mǎn)電池電流和熱量損壞晶體管。220 歐姆電阻的電阻值很合適，可以允許足夠量的基極電流流動(dòng)，從而使晶體管正常開(kāi)啟。此外，1N4001 二極管可防止直流電機(jī)繞組的反向峰值反向電流在晶體管關(guān)閉時(shí)損壞晶體管。如果您有興趣了解有關(guān)此半導(dǎo)體器件的更多信息，請(qǐng)閱讀 AAC 關(guān)于 雙極結(jié)型晶體管的文章以獲取更多電氣理論信息。讓我們繼續(xù)進(jìn)行項(xiàng)目的最終硬件構(gòu)建。

　　圖 9. 2N2222 NPN 晶體管的電子符號(hào)和元件封裝類(lèi)型　　在晶體管電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路正常工作后，我們現(xiàn)在可以完成項(xiàng)目的最終硬件構(gòu)建。物體檢測(cè)/直流電機(jī)控制器的最終電線是將驅(qū)動(dòng)電路連接到 Raspberry Pi。在 LED 閃光燈項(xiàng)目中，Adafruit Pi cobbler用于將光隔離器和支持電路組件連接到適當(dāng)?shù)?RPi GPIO 引腳。Pi Cobbler 提供了便利，因?yàn)樗梢栽跓o(wú)焊面包板上訪問(wèn)所有 RPi GPIO 引腳，以便將電線連接到電子接口電路。因此，該項(xiàng)目也將使用相同的電路線組裝技術(shù)。圖 10 顯示了物體檢測(cè)直流電機(jī)控制器的無(wú)焊面包板接線。同樣，圖 11 中所示的電子電路原理圖作為額外的接線資源提供。

　　圖 10.組裝在無(wú)焊面包板上的完整物體檢測(cè)直流電機(jī)控制器接線圖。請(qǐng)注意，觸覺(jué)按鈕開(kāi)關(guān)、+6VDC 電池組的移除以及無(wú)焊面包板上電子元件的新放置位置。

　　圖 11.物體檢測(cè)直流電機(jī)控制器的電子電路原理圖　　我通過(guò)下面顯示的原型單元提供了一個(gè)對(duì)象檢測(cè)直流電機(jī)控制器的示例。我使用一個(gè)舊的 Erector 套裝金屬底座和一個(gè)連接到其上的Meccano 直流電機(jī)來(lái)構(gòu)建我的原型。此外，下面的鏈接中提供了一個(gè)展示控制器如何工作的視頻剪輯。使我們的對(duì)象檢測(cè)直流電機(jī)控制器運(yùn)行的最后一步是添加 Python 代碼。

　　圖 12。作者最終構(gòu)建的物體檢測(cè)直流電機(jī)控制器。2N2222 晶體管具有足夠的 Beta 值，可以正確驅(qū)動(dòng) Meccano 直立機(jī)電機(jī)，而不會(huì)使其過(guò)熱。
　檢測(cè) Python 代碼
　　下面顯示的 Python 代碼是從 LED 閃光燈項(xiàng)目中重復(fù)使用的程序。變量名稱(chēng)已更改為反映連接到 RPi 的物理組件。代碼的工作原理是將一個(gè)物體放在光電管上以打開(kāi)直流電機(jī)。將物體第二次放置在傳感器上將關(guān)閉直流電機(jī)。如前所述，上拉電阻是一個(gè)使用以下 Python 代碼行編程的組件：
　　GPIO.setup（光電管引腳，GPIO.IN，上拉下拉=GPIO.PUD_UP）
　　通過(guò)使用 Linux 命令 ~sudo nano object detection.py 打開(kāi) nano 編輯器，即可將整個(gè) Python 程序輸入到 LXTerminal 中。此外，還可以通過(guò)單擊下面的代碼按鈕將 Python 程序保存到 RPi 的 SD 卡上。
　　# ***********Object Detection code******************
　　#
　　# inspired by Simon Monk, Raspberry Pi Cookbook, 2013
　　#
　　# modified by Don Wilcher Dec 18, 2015
　　#
　　# Placing a object over the photocell will turn on the dc motor.
　　# Placing an object over the photocell a 2nd time turns off the motor.
　　# Add libraries to python script
　　import RPi.GPIO as GPIO
　　import time
　　# Include BCM I/O pins into python script and define pin numbers
　　GPIO.setmode(GPIO.BCM)
　　photocell_pin = 4
　　motor_pin = 18
　　# Create photocell pin as an active low switch (use RPi internal pullup resistor)
　　# and define motor pin as an output.
　　GPIO.setup(photocell_pin, GPIO.IN, pull_up_down = GPIO.PUD_UP)
　　GPIO.setup(motor_pin, GPIO.OUT)
　　# Define and set (initialize) the motor output state as False and the old input event as True
　　motor_state = False
　　old_input_event = True
　　# pbswitch event monitoring loop: check pbswitch_pin and toggle dc motor  output based on input events
　　# being True or False
　　while True:
　　new_input_event = GPIO.input(photocell_pin)
　　if new_input_event == False and old_input_event == True:
　　motor_state = not motor_state
　　old_input_event = new_input_event
　　GPIO.output(motor_pin, motor_state)
　　time.sleep(0.1)#provides a 100 msec motor actuation on/off time