一、介绍
磁簧开关(Reed Switch)也称之为干簧管，它是一个通过所施加的磁场操作的电开关。基本型式是将两片磁簧片密封在玻璃管内，两片虽重叠，但中间间隔有一小空隙。当外来磁场时将使两片磁簧片接触，进而导通。 一旦磁体被拉到远离开关，磁簧开关将返回到其原来的位置。可以用来计数或限制位置。
二、组件
★Raspberry Pi 3主板*1
★树莓派电源*1
★40P软排线*1
★干簧管传感器模块*1
★双色LED模块*1
★面包板*1
★跳线若干
三、实验原理
磁簧开关的工作原理非常简单，两片端点处重叠的可磁化的簧片(通常由铁和镍这两种金属所组成的)密封于一玻璃管中，两簧片呈交迭状且间隔有一小段空隙(仅约几个[微米])，这两片簧片上的触点上镀有层很硬的金属，通常都是铑和钌，这层硬金属大大提升了切换次数及产品寿命。玻璃管中装填有高纯度的惰性气体(如氮气)，部份干簧开关为了提升其高压性能，更会把内部做成真空状态。
簧片的作用相当与一个磁通导体。在尚未操作时，两片簧片并未接触；在通过[永久磁铁]或电磁线圈产生的磁场时，外加的磁场使两片簧片端点位置附近产生不同的极性, 当[磁力]超过簧片本身的弹力时，这两片簧片会吸合导通电路；当磁场减弱或消失后,干簧片由于本身的弹性而释放，触面就会分开从而打开电路。
在此实验中，将双色LED模块连接到树莓派以指示开关的断开闭合。敲击或敲击振动传感器时，它将打开，双色led将闪烁绿色，再次敲击它将变为红色，每一次敲击后会在两种颜色之间切换。
四、实验步骤
第1步：连接电路，该实验与实验6（轻触开关按键实验）相同。这里激光模块的实物与模块原理图的端口名称不一致，我们按照实物的端口名称来连接。
| 树莓派 | T型转接板 | 干簧管传感器 |
|---|---|---|
| GPIO 0（序号11） | GPIO 17 | SIG（DO） |
| 5V | 5V | VCC |
| GND | GND | GND |
| 树莓派 | T型转接板 | 双色LED |
|---|---|---|
| GPIO 1（序号12） | GPIO 18 | R（红色端口） |
| GND | GND | GND |
| GPIO 2（序号13） | GPIO 27 | G（绿色端口） |
第2步：这次编程有两个函数要注意，是关于输入的高级应用。
有多种方式将GPIO的输入导入到程序中，polling( 轮询 )式 和 interrupt( 中断 )式( edge detection 边缘检测 )，“轮询”式如果程序在错误的时间读取值，可能会错过输入。我们这里采用中断式。
如果您没有将输入引脚连接到任何东西，它将“浮动”。换句话说，读取的值是未定义的，因为它没有连接到任何东西，直到你按下按钮或开关。它可能会由于接收电源干扰而改变很大的值。
为了解决这个问题，我们使用一个向上拉或向下拉电阻器。这样，就可以设置输入的默认值。可以使用硬件或者软件实现上下拉电阻。在硬件方式中，常常在输入通道与3.3V（上拉）或0V（下拉）之间使用10K电阻。GPIO模块允许您在编程中这样配置：
GPIO.setup(channel, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
# or
GPIO.setup(channel, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_DOWN)
我们很多时候并不关心电平值, 而关心电平从低到高，或从高到低的变化(如编码器测速/按键按下弹开等), 为避免主程序忙于其它事情错过引脚的电平改变, 有两种方式:
wait_for_edge() 函数
event_detected() 函数
wait_for_edge（）函数是为了阻止程序的执行，直到检测到边缘为止。换句话说，等待按钮按下的示例可以改写成：
GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO.RISING)
注意检测的边缘参数有 GPIO.RISING， GPIO.FALLING ， GPIO.BOTH (上升沿, 下降沿 或 升降沿)， 这样用几乎不占用CPU，如果你只希望在确定的时间段内查询，可以使用 timeout 参数:
# wait for up to 5 seconds for a rising edge (timeout is in milliseconds)
channel = GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO_RISING, timeout=5000)
if channel is None:
print('Timeout occurred')
else:
print('Edge detected on channel', channel)
event_detected()函数被设计用来与其他事物一起在循环中使用， 不同于polling轮询， 它不会在CPU忙于处理其他事物时错过输入状态的变化。 这使得使用Pygame 或 PyQt 时非常有用，因为其中有一个主循环监听和及时响应GUI事件的基础。
只要检测到指定参数的边缘事件(上升沿, 下降沿 或 升降沿)发生时，调用GPIO.event_detected(channel)的值就为"ture"(真)。
#Note that you can detect events for GPIO.RISING, GPIO.FALLING or GPIO.BOTH.
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING) # add rising edge detection on a channel
do_something()
if GPIO.event_detected(channel):
print('Button pressed')
不过需要自己新建一个线程去循环检测event_detected()的值，还算是比较麻烦的。
可采用另一种办法轻松检测状态，这种方式是直接传入一个回调函数：GPIO通过在add_event_detect()函数中添加callback参数，RPI.GPIO为回调函数运行第二个线程。这意味着回调函数可以与主程序同时运行，以立即响应边缘。
For example:
def my_callback(channel):
print('This is a edge event callback function!')
print('Edge detected on channel %s'%channel)
print('This is run in a different thread to your main program')
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING, callback=my_callback)
# 这里添加了回调函数callback这个参数，就不需要GPIO.event_detected(channel)函数了
如果你想要不止一个回调函数:
def my_callback_one(channel):
print('Callback one')
def my_callback_two(channel):
print('Callback two')
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING)
GPIO.add_event_callback(channel, my_callback_one)
GPIO.add_event_callback(channel, my_callback_two)
请注意，在这种情况下，回调函数是按顺序运行的，而不是并发的。这是因为只有一个线程用于回调，其中每个回调都按照它们被定义的顺序运行。
由于存在开关抖动(用示波器可以看到)，每次按下开关会调用多次回调函数，这不是我们希望的，有两种方式处理开关抖动：
①在开关两个引脚之间添加一个0.1uF的电容
②软件消抖
③二者结合使用
使用软件消抖时, 给回调函数添加一个弹跳时间的参数( bouncetime= ), 弹跳时间(参照单片机可以为10~20ms)在ms级别, 下面的程序用200ms来消抖:
# add rising edge detection on a channel, ignoring further edges for 200ms for switch bounce handling
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING, callback=my_callback, bouncetime=200)
由于某些原因， 你的程序可能不希望用边缘检测了，可以停止它们：
GPIO.remove_event_detect(channel)
第3步：正式编程。定义针脚参数和初始化设置函数setup()，其中就用到了上面讲解的GPIO输入高级应用，添加边缘事件检测函数GPIO.add_event_detect()。
#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
ReedPin = 11
Rpin = 12
Gpin = 13
def setup():
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # Numbers GPIOs by physical location
GPIO.setup(Gpin, GPIO.OUT) # Set Green Led Pin mode to output
GPIO.setup(Rpin, GPIO.OUT) # Set Red Led Pin mode to output
GPIO.setup(ReedPin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) # Set BtnPin's mode is input, and pull up to high level(3.3V)
GPIO.add_event_detect(ReedPin, GPIO.BOTH, callback=detect, bouncetime=200)
第4步：定义Led(x)函数，控制双色LED灯闪烁。定义Print(x)，打印按键是否切换开关的提示消息。检测到磁铁时，传感器输出低电平，干簧管簧片拉在一起，电路联通，红灯亮；拿开磁铁时，传感器输出高电平，干簧管簧片分开，电路断开，绿灯亮。
def Led(x): #控制双色LED灯闪烁的函数
if x == 0: #传感器输出低电平，干簧管簧片拉在一起，电路联通，红灯亮
GPIO.output(Rpin, 1)
GPIO.output(Gpin, 0)
if x == 1: #传感器输出高电平，干簧管簧片分开，电路断开，绿灯亮
GPIO.output(Rpin, 0)
GPIO.output(Gpin, 1)
def Print(x): #打印检测到磁性物质
if x == 0:
print ' ***********************************'
print ' * Detected Magnetic Material! *'
print ' ***********************************'
第5步：检测到磁铁时（或者拿开磁铁时），边缘事件检测函数都会回调detect(chn)函数，产生低电平信号（或者高电平信号），GPIO.input(ReedPin)的值为0（或1），LED灯会呈红（或绿）颜色。
def detect(chn):
Led(GPIO.input(ReedPin)) #控制双色LED灯闪烁的函数
Print(GPIO.input(ReedPin)) #打印检测到磁性物质
print GPIO.input(ReedPin) #验证GPIO.input(ReedPin)的值
def loop():
while True:
pass
第6步：创建destroy()函数，清除LED状态。创建程序入口，并包含异常处理。
def destroy():
GPIO.output(Gpin, GPIO.LOW) # Green led off
GPIO.output(Rpin, GPIO.LOW) # Red led off
GPIO.cleanup() # Release resource
if __name__ == '__main__': # Program start from here
setup()
try:
loop()
except KeyboardInterrupt: # When 'Ctrl+C' is pressed, the child program destroy() will be executed.
destroy()
