Arduino传感器专题介绍

发布于 2020-11-3 18:46
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想要充分发挥Arduino的作用,我们就必须使用一个或多个元器件配合Arduino板来运行。否则,我们就无法利用Arduino与周围的世界产生互动以及享受互动带给我们的乐趣。


元器件(Component)一般分为三类:
1、输入设备,如按钮、开关、各类传感器
2、处理器:如单片机、CPU、DSP、GPU等
3、输出设备(或说执行器),控制电路输出电压电流至这些设备,通过他们转换为我们可以感知的声、光、磁及各种运动。

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本篇博文将重点对传感器进行详细的介绍。这个介绍不会从原理上来深入分析,这是大学教材干的事情,我们这里就从简单的原理,从感性的层面对传感器进行介绍。
传感器的共性是能够对周围环境的变化做出反应,例如温度、声音、光照(包括红外)、距离、压力、重力、姿态、磁场、烟粉尘等,也就是说它能够将周围环境的变化变成电信号输出。正是因为有了他们,我们就可以根据这些传感器输出的信号来调整设备的工作状态,达到与环境互动与世界互动的目的。

如果我们手里已经购买了Arduino板,或许买的时候商家就打包附送了许多传感器给你,或许你仅仅买了一块Arduino板,那么我们总不能就拿它点亮一个LED就算心满意足了,我们得让我们的Arduino连上一些个传感器,与人与环境甚至与世界互动起来,那么用什么样的传感器,如何连接它们呢?恐怕对于大多数新手而言这是件棘手的事情。

这里,我们根据传感器的功能和用途,大体将Arduino可以用到的传感器分为五种类型。当然,在分类和介绍的过程中我们也会对同类型传感器进行对比,分析其优缺点,看看究竟在具体的场合我们使用哪种传感器更加适合。

首先我们来看看温度传感器!

 

恒温器


恒温器是温度传感器中最常见的一种,它的功能就是使一个或者多个冷源或热源维持温度恒定,而要实现这样的功能则常常需要一个热敏感器件和一个转换控制器件。一般来说,恒温器的热敏器件由两种在同一温度下膨胀率不同的金属或者装有膨胀率不同的液体的管材所构成的装置。转换控制器则需要对热敏器件的变化转化为电信号并给出控制。在没有数码控制之前都是采用的自然物理属性来实现恒温控制,当然,我们也可以利用Arduino和热敏元器件来实现一个数码恒温器。

下面就是一个利用数码控制的方法实现的一个简单的恒温器的例子,数码恒温器,从数码管上我们可以获得当前环境的温度,如果我们能够做到使这个数码恒温器防潮的话,我们完全可以将它放进冰箱,随时看一眼冰箱里的温度是多少(看看冰箱有多冷)。这个数码恒温器通仅过一根线(串行)输出数码恒温器的读数,而且无须单独为它供电(就使用Arduino供电即可),实现起来非常方便。

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热敏电阻


热敏电阻的特点就是加热后导电性能降低或升高,换句话说就是导电电阻增大或减小,电阻和温度变化构成了关联变化。在电路中,我们就可以利用热敏电阻的这种电阻随温度变化的特征,通过计算电阻来计算出环境的温度。
当然,热敏电阻也分为两种类型:一种是负温度系数热敏电阻,一种是正温度系数热敏电阻。很显然,前者是随着温度的升高电阻减小,后者是随着温度的升高电阻更大。

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下面的NodeMCU-powered模块,其中包含了一个温湿度传感器(DHT22),这个温湿度传感器内部内嵌了一个温度传感器和一个湿度传感器分别用以测量温度和湿度。两个传感器都都连接到控制板上,通过一根线输出信号,这个模块的采样率不是太高,两秒才能采样一次,但对于我们一般的用途而言基本足够了。

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下面是一个基本Arduino控制板制作的气象工作站控制系统,它可以帮助我们获取当地的温度,当然也可以发布到公网上供其他个体或者组织使用,很轻松就能使多数人从中受益。

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原文作者:河西石头

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已于2020-11-3 18:46:25修改
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