第七章 外接感測器實驗

材料：四位數碼管或OLED 用作顯示資料，電位器，聲音，光線， 溫溼度，紅外，壓力，超聲波等感測器。

1，開關訊號（數字）感測器

微處理器最擅長的就是開關訊號，也就是0和1，也就是接高電平和低電平，也就是接電源和地。

比如板載的按鈕就是個開關，bit讀取埠的資料，根據資料0或1作出判斷，執行相應的程式。

bit所有19個腳，都可以用作數字埠，讀取和寫入0和1。

數字讀取時，埠要拉高或拉低，相關知識，參看《第四章 音樂實驗》。

除了按鈕開關，還有一些感測器輸出的也是開關訊號。

比如數字紅外避障感測器：

只輸出0和1，遇到障礙物，反射光線，資料線OUT輸出0。可變電阻可調節感應距離。

數字紅外避障感測器可用在避障，黑白線循跡，計數，門禁，防盜、感應水龍頭，限位等等領域。

紅外循跡感測器:

此外，還有傾斜開關，振動開關，觸碰開關，觸控開關，雨滴感應開關，熱偶開關等等。

我們著重講解模擬感測器。

2，電壓感測器

2.1硬體

2.2接線

電位器輸出接P0腳，4位數碼管時鐘線接P2腳，訊號線接P1腳。

2.3程式

定義一個4位數碼管，顯示“模擬讀取 引腳P0”：

滑動電位器，數字應在0到1023之間變化。

小強： 什麼道理？

2.4 知識點：電位器原理

電位器，其實就是個滑動變阻器，中間有個抽頭，接到P0上，把大電阻一分為二：

這樣，P0上的電壓Up0=R2/(R1+R2)*3伏。
移動中間抽頭，它的電壓隨R2線性變化，即在0到3伏之間變化。這樣，我們就可以用它來測量電壓資料。

小強：讀到的電壓在0到3伏，可是，bit的埠不是隻能輸入0和1嗎？它怎麼識別0到3之間的資料？

問得好！

2.5 知識點：讀取模擬原理

bit的埠確實不能識別除0和1以外的資料，只認得0和1，不是高就是低。這種資料，稱為數字資料(Digital data)，接收到的訊號，稱為數字訊號(Digital Signal)
鄧老師認為，稱為“開關資料”和“開關訊號”更易理解。

可是，真實的資料確是連續變化的，比如電壓從0到3伏之間變化，這樣的訊號稱為模擬訊號（Analog Signal）
鄧老師認為叫“真實訊號”更合理。

那麼，如何把連續變化的模擬訊號（真實訊號）轉換為bit能讀懂的數字訊號呢（0和1）？

原來，bit中有一個模擬訊號轉換為數字訊號的轉換器，稱為模數轉換器（A/D轉換器，ADC）。

根據不同的電壓，用3位二進位制數記錄（分成8份），二進位制只有0和1，bit就能讀懂了。

這樣，就把模擬資料（Analog data）轉換為數字資料(Digital data)了。這就是模數轉換。

如果10位二進位制數記錄，就可以分成1024份（0到1023），精度就很高了。

2.6電壓表

模數轉換，就是把0-3伏電壓，轉換為0-1023的數字資料，然後我們根據讀到的數字資料，反過來對應電壓值，就可以測量電壓了。

知識點：對映

對映的意思，是做一個按比例自動轉換，通俗地說，就是換算，就象美元換算成人民幣：

移動滑動變阻器，可以看到電壓在0-3伏之間變化。

用P0和地做表筆，就是一個電子電壓表。

2.7 電流表

電流表原理一樣，只是要測量的電流，讓它流過一個小電阻，讀取小電阻上的電壓，就可以計算電流：
I=U/R

3，其它感測器

把滑動變阻器換成別的可變電阻，
比如光敏電阻，就是亮度感測器（光線感測器、灰度感測器）；
換成熱敏電阻，就是溫度感測器；
換成話筒，就是聲音感測器； 換成線圈，就是磁力感測器；

此外，還有壓力感測器，溫溼度感測器，水位感測器，紅外感測器，火焰感測器，氣體感測器（甲荃，一氧化碳等）等等，道理和用法都一樣。

聲音感測器：

光線感測器：

更多：

這些感測器通常只有三個腳：正極，地，資料。（個別有四個腳，通常接指示燈），資料腳接在bit上，就可以讀取資料了。

小強： 隨便哪個腳嗎？

不是！只有P0，P1，P2，P3，P4，P10共6個腳可以讀取模擬訊號！

4，溫度感測器

4.1硬體

以LM35DZ為例:

資料線接P0埠。

4.2程式

小強：為什麼對映到300？
是這樣，LM35輸出0伏時，對應溫度為0度，每升高1度，電壓升高10毫伏：

實際只能測到0-100度。

如果要顯示小數，就對映到3000，點亮中間的冒號：

5，灰度感測器

灰度感測器就是一個發光二極體（或紅外發光二極體）發光，另一個光敏電阻接收反射回來的光，根據光強判斷顏色，或者遠近。主要用在機器人避障和循跡。
模擬資料線接P0，就可以讀取光強：

6，超聲波感測器

6.1 硬體

VCC：電源
GND：地
trig ：發射
echo：接收

6.2 知識點：超聲波測距原理：

超聲波測距原理是受蝙蝠的啟發，發出高於20000Hz頻率的聲波，再接收，根據回聲時間判斷距離。
聲波在空氣中的速度是 340m/s，距離S=t*340/2（來回）。

所以，超聲波感測器跟灰度感測器原理差不多，一個發光，一個發聲，一個測強度，一個測時間。

超聲波感測器也就是一個喇叭，一個話筒。

6.3接線

為了顯示資料，我們接一個4位數碼管（P1，P2)，trig 接P3，echo接P0

6.4程式

新增兩個軟體包：grove（有4位數碼管），sonar（超聲波）：

單位選cm。
超聲波感測器主要用在測距，避障等方面。

小強： 沒有顯示！

超聲波感測器大多是5伏供電，如果你沒有5伏電源，就要買支援3伏的超聲波感測器。