传感器：I2C/SPI/1-Wire

关键概念

三大总线接线对比

先直观理解三种总线怎么接、各占几根线、能挂几个设备：

第一步：启用总线

树莓派默认关闭这些接口，需先在 raspi-config 里启用（第 2 章讲过）：

# 图形菜单方式：3 Interface Options → 分别启用 I2C / SPI / 1-Wire
sudo raspi-config

# 或命令行一键启用（0 = 启用）
sudo raspi-config nonint do_i2c 0
sudo raspi-config nonint do_spi 0
sudo raspi-config nonint do_onewire 0

# 安装 I2C 工具
sudo apt install -y i2c-tools python3-smbus2

# 重启使内核模块加载
sudo reboot

# 重启后确认设备文件已出现
ls /dev/i2c-*      # 应看到 /dev/i2c-1
ls /dev/spidev*    # 应看到 /dev/spidev0.0 spidev0.1

I2C 实战：读 BMP280 温度气压

BMP280 是常见的 I2C 温度+气压传感器。接线：VCC→3.3V，GND→GND，SDA→GPIO2(脚3)，SCL→GPIO3(脚5)。先扫描确认：

# 扫描 I2C 总线 1 上的设备
i2cdetect -y 1
# 输出地址表，在 76 位置看到 "76" 表示 BMP280 已识别：
#      0  1  2 ... 6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
# 70:                       76 --

用 Adafruit 专用库读取（比手撸寄存器省心）：

# 在虚拟环境中安装专用库
python3 -m venv env && source env/bin/activate
pip install adafruit-circuitpython-bmp280

# bmp280_read.py — 读取温度与气压
import board
import adafruit_bmp280
from time import sleep

# board.I2C() 自动使用 GPIO2/3（默认 I2C-1）
i2c = board.I2C()
sensor = adafruit_bmp280.Adafruit_BMP280_I2C(i2c, address=0x76)

# 设置海平面气压用于计算海拔（可选，按当地天气填）
sensor.sea_level_pressure = 1013.25

while True:
    print(f"温度: {sensor.temperature:.1f} °C")
    print(f"气压: {sensor.pressure:.1f} hPa")
    print(f"海拔: {sensor.altitude:.1f} m")
    print("-" * 20)
    sleep(2)

如果想理解底层，用 smbus2 手动读寄存器：

# raw_i2c.py — 用 smbus2 直接读 I2C 寄存器（理解底层）
from smbus2 import SMBus

BMP280_ADDR = 0x76
REG_ID = 0xD0        # 芯片 ID 寄存器（查数据手册得知）

with SMBus(1) as bus:   # 打开 I2C 总线 1
    # 读取芯片 ID，BMP280 应返回 0x58
    chip_id = bus.read_byte_data(BMP280_ADDR, REG_ID)
    print(f"芯片 ID: 0x{chip_id:02X}")  # 0x58 = 确认是 BMP280

1-Wire 实战：读 DS18B20 温度

DS18B20 是防水温度探头，1-Wire 协议。接线：VCC→3.3V，GND→GND，DATA→GPIO4(脚7)，DATA 与 VCC 之间接 4.7kΩ 上拉电阻。启用 1-Wire 后，内核驱动自动把它变成文件：

# 列出检测到的 1-Wire 设备（28- 开头是 DS18B20）
ls /sys/bus/w1/devices/
# 28-3c01d607... 00-800000000000  （前者是温度传感器）

# 读取原始数据文件
cat /sys/bus/w1/devices/28-*/w1_slave
# 输出：
# a1 01 4b 46 7f ff 0c 10 5c : crc=5c YES
# a1 01 4b 46 7f ff 0c 10 5c t=26062   ← t=26062 表示 26.062°C

# ds18b20.py — 读 DS18B20 温度（读文件即可，无需库）
import glob
from time import sleep

# 自动找到设备文件路径
device_file = glob.glob("/sys/bus/w1/devices/28-*/w1_slave")[0]

def read_temp():
    with open(device_file) as f:
        lines = f.readlines()
    # 第一行末尾要有 YES（CRC 校验通过）
    if lines[0].strip()[-3:] != "YES":
        return None
    # 第二行 t= 后面是温度×1000
    pos = lines[1].find("t=")
    temp_c = int(lines[1][pos+2:]) / 1000.0
    return temp_c

while True:
    print(f"温度: {read_temp():.2f} °C")
    sleep(1)

SPI 实战：MCP3008 补上模拟输入

树莓派无 ADC，读电位器、光敏电阻这类模拟传感器必须外接 MCP3008。接线（SPI）：VDD/VREF→3.3V，AGND/DGND→GND，CLK→GPIO11，DOUT(MISO)→GPIO9，DIN(MOSI)→GPIO10，CS→GPIO8(CE0)。gpiozero 直接支持：

# mcp3008.py — 读电位器（接 MCP3008 通道 0）
from gpiozero import MCP3008
from time import sleep

# channel=0 表示读 MCP3008 的 CH0 引脚
pot = MCP3008(channel=0)

while True:
    # value 返回 0.0 ~ 1.0（10位ADC归一化）
    raw = pot.value
    voltage = raw * 3.3   # 换算成实际电压
    print(f"归一值: {raw:.3f}  电压: {voltage:.2f}V")
    sleep(0.5)

# light_sensor.py — 光敏电阻 + MCP3008 做光照检测
from gpiozero import MCP3008, LED
from time import sleep

ldr = MCP3008(channel=1)   # 光敏电阻接 CH1
led = LED(17)

while True:
    light = ldr.value
    print(f"光照: {light:.2f}")
    # 天黑（值低于阈值）自动开灯
    if light < 0.3:
        led.on()
    else:
        led.off()
    sleep(0.5)

三大总线选型对照