树莓派单 GPIO 引脚读取模拟传感器：RC 充电法实战

核心原理

与许多单片机不同，树莓派仅提供数字 GPIO 引脚。它们只能输出或接收高电平（3.3 V）和低电平（0 V）逻辑信号，无法直接读取模拟电压。幸运的是，一种简单的 RC 充电技术让你仅用一个 GPIO 引脚，就能从光敏电阻、热敏电阻等可变电阻传感器中提取一系列数值。

为什么可行

在经典 RC 电路中，电阻和电容串联。施加电压时，电容电压呈指数上升。达到供电电压 63% 所需的时间由时间常数 t = RC 给出，其中 t 为时间（秒），R 为电阻（欧姆），C 为电容（法拉）。通过测量电容充电至 GPIO 高电平阈值（3.3 V 树莓派约 2 V）所需的时间，可获得与传感器电阻成比例的值，进而反映其测量的物理量。

例如，使用 10 kΩ 电阻和 1 µF 电容，时间常数为 10 ms。暗处读数 1 MΩ 的光敏电阻将产生约 1 s 的时间常数，轻松区分明暗条件。

实际实现

为确保 3.3 V 电源与 GPIO 引脚间有一个确定的电阻，将 2.2 kΩ 电阻与光敏电阻串联。完整测量序列如下：

放电电容： 将 GPIO 设为输出并驱动为低电平。
开始充电： 将 GPIO 重新配置为输入。电流通过电阻网络流入电容，电压上升。
测量上升时间： 递增计数器（或使用高分辨率定时器），直到 GPIO 读到高电平（约 2 V）。经过的时间等于传感器的 RC 时间常数。
循环： 将 GPIO 设回输出、驱动低电平，按需重复以实现持续监测。

更多详细指导，请参阅树莓派官方 GPIO 文档和维基百科 RC 电路条目。在线 RC 时间常数计算器可帮你挑选匹配传感器量程的元件值。

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