Python與硬件學習筆記：蜂鳴器（轉）

相信大家對蜂鳴器都不會陌生，很多產品和方案中都會用到蜂鳴器，大部分都是使用蜂鳴器來做提示或報警，比如按鍵按下、開始工作、工作結束或是故障等等。這里對單片機在蜂鳴器驅動上的應用作一下描述。

蜂鳴器的介紹、原理及其驅動方式

（一）蜂鳴器的介紹

1．蜂鳴器的作用：蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用於計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發聲器件。

2．蜂鳴器的分類：蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。

3．蜂鳴器的電路圖形符號蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。

（二）蜂鳴器的結構原理

1．壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振盪器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發光二極管。多諧振盪器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后（1.5~15V直流工作電壓）,多諧振盪器起振,輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極經極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。

2．電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振盪器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振盪器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發聲。

（三）驅動方式

       慣用驅動蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM 輸出口直接驅動，另一種是利用I/O定時翻轉電平產生驅動波形對蜂鳴器進行驅動。

PWM 輸出口直接驅動是利用PWM輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅動蜂鳴器。在單片機的軟件設置中有幾個系統寄存器是用來設置PWM口的輸出的，可以設置占空比、周期等等，通過設置這些寄存器產生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后，只要打開PWM輸出，PWM輸出口就能輸出該頻率的方波，這個時候利用這個波形就可以驅動蜂鳴器了。比如頻率為2000Hz的蜂鳴器的驅動，可以知道周期為500μs，這樣只需要把PWM的周期設置為500μs，占空比電平設置為250μs，就能產生一個頻率為2000Hz的方波，通過這個方波再利用三極管就可以去驅動這個蜂鳴器了。

        而利用I/O 定時翻轉電平來產生驅動波形的方式會比較麻煩一點，必須利用定時器來做定時，通過定時翻轉電平產生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個波形就可以用來驅動蜂鳴器了。比如為2500Hz的蜂鳴器的驅動，可以知道周期為400μs，這樣只需要驅動蜂鳴器的I/O口每200μs翻轉一次電平就可以產生一個頻率為2500Hz，占空比為1/2duty的方波，再通過三極管放大就可以驅動這個蜂鳴器了。

有源蜂鳴器與無源蜂鳴器有什么區別

      這里的“源”不是指電源。而是指震盪源。 也就是說，有源蜂鳴器內部帶震盪源，所以只要一通電就會叫。而無源內部不帶震盪源，所以如果用直流信號無法令其鳴叫。必須用2K~5K的方波去驅動它。因此有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因為里面多個震盪電路。無源蜂鳴器的優點是：便宜、聲音頻率可控，可以做出“多來米發索拉西”的效果、在一些特例中，可以和LE復用一個控制口。有源蜂鳴器的優點是：程序控制方便 。

模塊使用

       在此我們利用蜂鳴器實現一個簡單的整點報時功能，在這里我們選用有源蜂鳴器，只要通電就會發聲，這樣程序控制簡單，無源蜂鳴器的控制發聲，需要利用PWM進行輸出，PWM控制輸出可參見溫度傳感器DS18B20。

1、所需材料：

     • 有源蜂鳴器一個

     • 樹莓派

     •  杜邦線數根

2、引腳連接說明：

 

有源蜂鳴器	樹莓派
-	GND
+	5v
S	GPIO 7

 

3、程序編寫：

為了使蜂鳴器鳴叫的程序模塊化，將這一部分代碼放到獨立的 libbeep.py 文件中,代碼如下：

import RPi.GPIO as GPIO
import time

PIN_NO = 7 #GPIO編號，可自定義

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(PIN_NO, GPIO.OUT)

#嗶1次，時長作為參數傳遞
def beep(seconds):
        GPIO.output(PIN_NO, GPIO.HIGH)
        time.sleep(seconds)
        GPIO.output(PIN_NO, GPIO.LOW)

#嗶N次，時長、間隔時長、重復次數作為參數傳遞
def beepAction(secs, sleepsecs, times):
        for i in range(times):
            beep(secs)
            time.sleep(sleepsecs)

#beepAction(0.02,0.02,30)

在 alarm.py 中實現整點報時，代碼如下：

import RPi.GPIO as GPIO
import time
import libbeep
while True:
        t = time.localtime() #讀取系統時間
        h = t.tm_hour
        m = t.tm_min
        s = t.tm_sec
        w = time.strftime('%w',t)#函數接收以時間元組，並返回以可讀字符串表示的當地時間，%w一年中的星期數（00-53）星期一為星期的開始
        print h,m,s,w
        time.sleep(0.3)
        if m == 0 and s == 0:
            if h>22 or h<8:#為了晚上22點之后，上午8點之前不被打擾
                print "continued"
                continue
            if h>12:
                h = h-12
            libbeep.beepAction (0.3,0.5,h)
            time.sleep(1)

        if m == 30 and s == 0:
            if h>22 or h<8:
             print "continued"
                continue
            libbeep.beepAction (0.05,0.05,2)
            time.sleep(1)

 

為了方便測試，我們可以把系統時間調整接近整點的時刻，在運行腳本，等待整點，感受自己制作的整點報時

使用此命令更改系統時間： sudo date -s"10:59:57 2015-04-03"

執行腳本：    sudo Python alarm.py

最后等待鈴聲響起！