Python 库 adafruit-circuitpython-mcp9808 详解

1. 功能介绍

adafruit-circuitpython-mcp9808 是一个用于与 MCP9808 温度传感器通信的 CircuitPython 库。MCP9808 是一款高精度数字温度传感器，具有以下特点：

• 测量范围：-40°C 至 +125°C
• 精度：±0.25°C（-20°C 至 +100°C 范围内）
• 支持 I2C 通信协议
• 低功耗设计，适合电池供电设备

该库提供了简单易用的接口，用于读取传感器数据、配置传感器参数（如分辨率、报警阈值等）。

2. 安装方法

通过 pip 安装：

pip install adafruit-circuitpython-mcp9808

对于 CircuitPython 设备（如 micro:bit、ESP32 等），需将库文件复制到设备的 lib 目录中。

3. 基本语法与参数

初始化传感器

import board
import adafruit_mcp9808

# 初始化 I2C 总线
i2c = board.I2C()  # 使用默认 I2C 引脚
# 或指定特定引脚: i2c = board.STEMMA_I2C()

# 初始化 MCP9808 传感器
sensor = adafruit_mcp9808.MCP9808(i2c)

主要方法与属性

• temperature: 读取当前温度（摄氏度）
• shutdown_wakeup(enable_shutdown): 进入/退出低功耗模式
• set_temp_limit(limit_type, temperature): 设置温度报警阈值
  • limit_type: 可选 MCP9808.UPPER_TEMP_LIMIT、MCP9808.LOWER_TEMP_LIMIT 或 MCP9808.CRITICAL_TEMP_LIMIT
• resolution: 设置温度测量分辨率（0-3，对应 0.5°C 至 0.0625°C）

4. 实际应用案例

案例 1: 基础温度读取

import board
import adafruit_mcp9808
import time

i2c = board.I2C()
sensor = adafruit_mcp9808.MCP9808(i2c)

while True:
    temp_c = sensor.temperature
    temp_f = temp_c * 9 / 5 + 32
    print(f"温度: {temp_c:.2f}°C / {temp_f:.2f}°F")
    time.sleep(1)

案例 2: 调整测量分辨率

import board
import adafruit_mcp9808

i2c = board.I2C()
sensor = adafruit_mcp9808.MCP9808(i2c)

# 设置最高分辨率 (0.0625°C)
sensor.resolution = 3  # 0-3 可选，数值越大分辨率越高

print(f"当前分辨率: {0.5 / (2 ** sensor.resolution):.4f}°C")
print(f"温度: {sensor.temperature:.4f}°C")

案例 3: 温度报警阈值设置

import board
import adafruit_mcp9808
import time

i2c = board.I2C()
sensor = adafruit_mcp9808.MCP9808(i2c)

# 设置温度阈值
sensor.set_temp_limit(adafruit_mcp9808.MCP9808.UPPER_TEMP_LIMIT, 25.0)  # 上限 25°C
sensor.set_temp_limit(adafruit_mcp9808.MCP9808.LOWER_TEMP_LIMIT, 20.0)  # 下限 20°C

while True:
    temp = sensor.temperature
    print(f"温度: {temp:.2f}°C")
    
    # 检查是否超出阈值
    if sensor.temperature > sensor.upper_temp_limit:
        print("警告: 温度超过上限!")
    elif sensor.temperature < sensor.lower_temp_limit:
        print("警告: 温度低于下限!")
    
    time.sleep(1)

案例 4: 低功耗模式使用

import board
import adafruit_mcp9808
import time

i2c = board.I2C()
sensor = adafruit_mcp9808.MCP9808(i2c)

while True:
    # 从低功耗模式唤醒
    sensor.shutdown_wakeup(False)
    
    # 等待传感器准备好
    time.sleep(0.25)
    
    # 读取温度
    print(f"温度: {sensor.temperature:.2f}°C")
    
    # 进入低功耗模式
    sensor.shutdown_wakeup(True)
    print("进入低功耗模式...")
    
    # 休眠 10 秒
    time.sleep(10)

案例 5: 数据记录到文件

import board
import adafruit_mcp9808
import time
from datetime import datetime

i2c = board.I2C()
sensor = adafruit_mcp9808.MCP9808(i2c)

# 记录数据到 CSV 文件
with open("temperature_log.csv", "a") as f:
    # 写入表头（如果是新文件）
    f.write("时间,温度(°C)\n")
    
    try:
        while True:
            now = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
            temp = sensor.temperature
            log_entry = f"{now},{temp:.2f}\n"
            f.write(log_entry)
            print(log_entry.strip())
            f.flush()  # 确保数据立即写入文件
            time.sleep(60)  # 每分钟记录一次
    except KeyboardInterrupt:
        print("记录已停止")

案例 6: 多个传感器使用（不同 I2C 地址）

import board
import adafruit_mcp9808
import time

i2c = board.I2C()

# 假设两个传感器分别连接到地址 0x18 和 0x19
sensor1 = adafruit_mcp9808.MCP9808(i2c, address=0x18)
sensor2 = adafruit_mcp9808.MCP9808(i2c, address=0x19)

while True:
    print(f"传感器 1: {sensor1.temperature:.2f}°C")
    print(f"传感器 2: {sensor2.temperature:.2f}°C")
    print("---")
    time.sleep(2)

案例 7: 与 Raspberry Pi 结合的 Web 服务器

from flask import Flask
import board
import adafruit_mcp9808

app = Flask(__name__)
i2c = board.I2C()
sensor = adafruit_mcp9808.MCP9808(i2c)

@app.route('/')
def temperature():
    temp_c = sensor.temperature
    temp_f = temp_c * 9 / 5 + 32
    return f"""
    <h1>当前温度</h1>
    <p>{temp_c:.2f} °C</p>
    <p>{temp_f:.2f} °F</p>
    """

if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0', port=8080)

案例 8: 温度控制风扇

import board
import adafruit_mcp9808
import digitalio
import time

i2c = board.I2C()
sensor = adafruit_mcp9808.MCP9808(i2c)

# 假设风扇连接到 D5 引脚
fan = digitalio.DigitalInOut(board.D5)
fan.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
fan.value = False  # 初始关闭

THRESHOLD = 28.0  # 启动风扇的温度阈值

while True:
    temp = sensor.temperature
    print(f"温度: {temp:.2f}°C")
    
    # 根据温度控制风扇
    if temp > THRESHOLD and not fan.value:
        fan.value = True
        print("风扇已启动")
    elif temp < THRESHOLD - 2 and fan.value:  # 滞后 2°C 防止频繁开关
        fan.value = False
        print("风扇已关闭")
    
    time.sleep(2)

5. 常见错误与解决方法

1. I2C 通信错误

   • 错误信息: OSError: [Errno 121] Remote I/O error
   • 可能原因: 接线错误、传感器未供电、I2C 地址冲突
   • 解决方法: 检查接线、确保传感器供电正常、使用 i2cdetect 命令确认设备地址

2. 传感器未响应

   • 错误信息: RuntimeError: MCP9808 not found
   • 可能原因: 传感器未正确连接、地址不正确
   • 解决方法: 重新检查硬件连接，确认使用正确的 I2C 地址

3. 温度读数异常

   • 可能原因: 传感器损坏、电磁干扰、分辨率设置不当
   • 解决方法: 更换传感器、增加屏蔽、调整分辨率设置

4. 导入错误

   • 错误信息: ModuleNotFoundError: No module named 'adafruit_mcp9808'
   • 解决方法: 确保已正确安装库，对于 CircuitPython 设备需将库文件放入 lib 目录

6. 使用注意事项

1. 接线规范

   • 确保 VCC 电压正确（通常为 3.3V，部分模块支持 5V）
   • SDA 和 SCL 引脚需正确连接到对应 I2C 总线引脚
   • 建议在 I2C 总线上添加 4.7kΩ 上拉电阻

2. 电源管理

   • 在电池供电设备中，使用 shutdown_wakeup() 方法减少功耗
   • 避免传感器长时间工作在高温环境下

3. 精度考虑

   • 传感器需要预热时间才能达到最高精度
   • 避免将传感器安装在热源附近或阳光直射处
   • 高分辨率模式下测量时间更长

4. 地址冲突

   • MCP9808 默认地址为 0x18，可通过硬件引脚修改
   • 多个传感器共存时需确保地址唯一

通过上述内容，你可以全面了解 adafruit-circuitpython-mcp9808 库的使用方法，并在实际项目中灵活应用 MCP9808 温度传感器。

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