Raspberry: lecture analogique

Apprendre comment lire une tension analogique à l'aide d'un Raspberry Pi pourrait être plus facile que vous ne le pensez!

Utilisation d'un potentiomètre sur Raspberry

Le Pi n'inclus pas de convertisseur Analogique/Digital mais un convertisseur ADC externe tel que le MCP3008 peut être utilisé avec du code Python pour faire une lecture analogique en utilisant le protocole SPI.
Voici une liste de quelques entrées analogiques qui peuvent être lue avec ce montage:

Un potentiomètre
Une Photorésistance
Un FSR (résistance sensible à la force) voir notre FSR et Flex Sensor.
Un senseur de température comme le TMP36
Un joystick 2 axes

Ce guide utilise un potentiomètre pour controler le volume d'un MP3 en cours de de lecture, mais ce code peut être utilisé comme base pour n'importe quelle lecture analogique.
Le Pi Cobbler d'AdaFruit (disponible chez MC Hobby) est utiliser pour faciliter le montage.

Pourquoi avons nous besoin d'un ADC?

ADC signifie "Analog to Digital Converter" autrement dit "Convertisseur Analogique vers Digital".

Le Raspberry Pi ne dispose pas de moyen matériel pour lire une entrée analogique. Le Raspberry est purement digital a contrario des Arduino, AVR ou microcontroleur qui eux disposent souvent de 6 entrées analogiques ou plus!
Les entrées analogiques sont vraiment pratiques parce que beaucoup de senseur utilisent des sorties analogiques, il est donc important de faire en sorte que le Raspberry soit aussi capable de faire des lectures analogiques.
Cela est rendu possible en raccordant une puce MCP3008 sur notre Pi. The MCP3008 agit comme un "pont" entre le monde digital et analogique. Il dispose de 8 entrées analogiques que le Pi peut "lire" en utilisant 4 pins digitales. Le MCP3008 est donc un ajout idéal pour permettre au Pi de lire des senseurs simples comme des photorésistance, des senseurs de forces, des potentiomètres ou des résistances sensibles à la chaleur, etc!
En jetant un oeil sur la fiche technique du MCP3008, la première page présente le diagramme de brochage du MCP3008 avec le nom des différentes broches.

Montage
Voici le plan de montage du MCP3008.
Vous trouverez de plus amples détails sur la page de notre Wiki.

Le MCP3008 branché avec un Cobbler.

Raspberry et SPI

Les utilisateurs avancés de Raspberry PI aurons certainement déjà notés que le Raspberry PI dispose d'une interface SPI matérielle.
Cette interface matérielle est identifiable sur le Cobbler aux broches identifiées par MISO/MOSI/SCLK/CE0/CE1. Une interface SPI matérielle est super rapide mais malheureusement elle n'est pas prise en charge par toutes les distributions.
C'est pour cette raison que notre exemple met oeuvre une interface SPI logicielle. C'est le programme qui contrôle les broches relatives à l'interface SPI, les bits et le protocole. Comme le protocole SPI est assez simple, le code mis en oeuvre n'est pas trop long.
Le principal avantage de cette approche logicielle c'est que le protocole SPI peut être utilisé avec n'importe quelles broches GPIO du Raspberry Pi.

Le code

Voici notre exemple Rasp-PiAnalog.py écrit en python et abondamment documenté en Français.

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: latin-1 -*-

import time
import RPi.GPIO as GPIO

GPIO.setmode( GPIO.BCM )
DEBUG = 1

# Lit les données SPI d'une puce MCP3008, 8 canaux disponibles (adcnum de 0 à 7)
def readadc( adcnum, clockpin, mosipin, misopin, cspin ):
        if( (adcnum > 7) or (adcnum < 0)):
                return -1

        GPIO.output( cspin, True )

        GPIO.output( clockpin, False ) # met Clock à Low
        GPIO.output( cspin, False )    # met CS à Low (active le module MCP3008)

        commandout = adcnum # numéro de channel
        commandout |= 0x18  # OR pour ajouter Start bit + signle-ended bit
                            # 0x18 = 24d = 00011000b
        commandout <<=3     # décalage de 3 bits à gauche

        # Envoi des Bits sur le bus SPI
        for i in range(5):
                # faire un AND pour determiner l'état du bit de poids le plus 
                # fort (0x80 = 128d = 10000000b)
                if( commandout & 0x80 ): # faire un AND pour déterminer l'état du bit
                        GPIO.output( mosipin, True )
                else:
                        GPIO.output( mosipin, False )
                commandout <<= 1 # décalage de 1 bit sur la gauche

                # Envoi du bit mosipin avec signal d'horloge
                GPIO.output( clockpin, True )
                GPIO.output( clockpin, False )

        # lecture des bits renvoyés par le MCP3008
        # Lecture de 1  bit vide, 10 bits de données et un bit null
        adcout = 0
        for i in range(12):
                # Signal d'horloge pour que le MCP3008 place un bit
                GPIO.output( clockpin, True )
                GPIO.output( clockpin, False )
                # décalage de 1 bit vers la gauche
                adcout <<= 1
                # stockage du bit en fonction de la broche miso
                if( GPIO.input(misopin)):
                        adcout |= 0x1 # active le bit avec une opération OR

        # Mettre Chip Select à High (désactive le MCP3008)
        GPIO.output( cspin, True )

        # Le tout premier bit (celui de poids le plus faible, le dernier lut)
        # est null. Donc on l'elimine ce dernier bit en décalant vers la droite
        adcout >>= 1

        return adcout

# Broches connectées sur l'interface SPI du MCP3008 depuis le Cobbler
# (changer selon vos besoins)
SPICLK = 18
SPIMISO = 23
SPIMOSI = 24
SPICS = 25

# Initialisation de l'interface SPI
GPIO.setup(SPIMOSI, GPIO.OUT)
GPIO.setup(SPIMISO, GPIO.IN)
GPIO.setup(SPICLK, GPIO.OUT)
GPIO.setup(SPICS, GPIO.OUT)

# Potentiomètre 10KOhms raccordés sur le canal ADC #0
potentiometer_adc = 0

while True:
        # Lecture analogique, retourne une valeur entre 0 et 1023 
        # pour une valeur de tension entre 0 et VRef (3.3v)
        trim_pot = readadc( potentiometer_adc, SPICLK, SPIMOSI, SPIMISO, SPICS )

        print( "Valeur: " + str( trim_pot ) )

        # convertir en tension
        print( "tension: "+ str( (3.3*trim_pot)/1024 ) )

        # attendre une demi-seconde
        time.sleep(0.5)

Ce qui produit le résultat suivant:

Valeur: 665
tension: 2.14306640625
Valeur: 666
tension: 2.1462890625
Valeur: 665
tension: 2.14306640625
Valeur: 668
tension: 2.152734375
Valeur: 665
tension: 2.14306640625

Pour savoir comment télécharger et exécuter ce programme sur votre Py, nous vous proposons de prendre connaissance de notre premiers articles sur Raspberry Pi et LED

Où Acheter
Tout le matériel nécessaire est disponible chez MCHobby.