Analoge Sensoren Meten op de Raspberry Pi met een Enkele GPIO-pin

In tegenstelling tot veel microcontrollers, biedt de Raspberry Pi alleen digitale GPIO-pins. Deze kunnen hoge (3,3 V) en lage (0 V) logica-niveaus sourcen of sinken, maar ze kunnen analoge spanningen niet direct uitlezen. Gelukkig laat een simpele RC-laadtechniek u een bereik aan waarden extraheren van variabele-weerstandsensoren zoals LDR's en thermistoren met slechts één GPIO-pin.

Waarom het Werkt

In een klassiek RC-circuit zijn een weerstand en een condensator in serie geschakeld. Wanneer een spanning wordt aangelegd, stijgt de condensatorspanning exponentieel. De tijd die het duurt om 63 % van de voedingsspanning te bereiken, wordt gegeven door de tijdconstante t = RC, waarbij t de tijd is (seconden), R de weerstand (ohm), en C de capaciteit (farad). Door te meten hoe lang de condensator erover doet om op te laden tot de GPIO's hoge-drempel (≈2 V op een 3,3 V Pi), verkrijgt u een waarde evenredig aan de sensorweerstand – en dus aan de fysische grootheid die het meet.

Bijvoorbeeld, met een 10 kΩ-weerstand en een 1 µF-condensator is de tijdconstante 10 ms. Een LDR die 1 MΩ meet in het donker produceert een tijdconstante van ongeveer 1 s, wat het makkelijk maakt om tussen licht en donker te onderscheiden.

Praktische Implementatie

Om een gedefinieerde weerstand tussen de 3,3 V-voeding en de GPIO-pin te garanderen, plaatst u een 2,2 kΩ-weerstand in serie met de LDR. De complete meetreeks is:

• Condensator ontladen: Stel de GPIO in als output en drijf hem laag.
• Laden starten: Configureer de GPIO opnieuw als input. Stroom vloeit door het weerstandsnetwerk in de condensator, waardoor de spanning stijgt.
• Rijtijd meten: Verhoog een teller (of gebruik een hoge-resolutie timer) tot de GPIO hoog leest (≈2 V). De verstreken tijd is gelijk aan de RC-tijdconstante van de sensor.
• Herhalen: Stel de GPIO terug op output, drijf laag, en herhaal zo nodig voor continue monitoring.

Voor meer gedetailleerde begeleiding, zie de officiële Raspberry Pi GPIO-documentatie en het RC-circuitartikel op Wikipedia. Een online RC-tijdconstantecalculator kan helpen bij het kiezen van componentwaarden die passen bij het bereik van uw sensor.