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传感器的单独介绍

在上一讲中，对于Arduino控制板的基础结构进行了解析，而这一次讲讲解会详细讲述在之后课程中所使用到的各种传感器以及相关的模块，以及各种Arduino的开发工具，如果以后碰到模块或者开发工具有关的问题，可以随时翻看这篇文章以帮助自己回忆在后面所遇到的相关问题。

之前在Arduino基础介绍第二辑提到过有不少公司同Arduino合作制作同Arduino相关的外围传感器以及各种模块，比如说像EELEGOO, UCTRONICS, DFROBOT等公司。如果进行Arduino的各种基础课程学习，基本上都是关于研究学习如何使用这些模块的。虽然各种公司生产的某些型号的模块可能不太一样，但是一般化的学习套件基本上都包括这些模组。因为不少资料之中缺乏中文的相关资料，所以有必要对这些模组进行大致的介绍(包括图片和原理)，可以在以后的讲座中，按图索骥一一对照查找所需要的相关模块。

-------------------------------懂基础电路的可以跳过-------------------------------

<1> 830 Tie-Points Breadboard面包板:

1.面包板

面包板，这个元器件大家都很熟悉了，但是对于从来没接触过的人还是要给个图做一下基本了解，基本把所有的杜邦线接在上面再连接到Arduino控制器上面就可以搭建任何基础电路了。然后它的基础结构是中间横着接可串联，两边竖着接可串联。如下图所示，需要注意的一点就是在两边的两条线路中，一般用红线接电源，蓝线接地。

2.面包板结构

<2> Jumper wire and Dupont wire跳脚线以及杜邦线：

              3.跳脚线(公头对公头)                    4.跳脚线(公头对母头)

5.跳脚线(母头对母头)

6.杜邦线

杜邦线和跳脚线的区别基本上就是杜邦线是一捆跳脚线，跳脚线分公对公头，公对母头，母对母头；杜邦线也是如此。因为一般的Arduino Mega控制板都给出的为母头引脚。所以用什么线取决于传感器给出的引脚，有些会是公头，有些会是母头。而杜邦线则用在类似于LCD液晶显示器的元器件上面，因为有一排引脚需要连接。

<3> LCD1602液晶数字显示模块：

7.LCD液晶显示模块

在对各种传感器进行数据读取以及测量的时候，如果需要一个外置屏幕来显示的话，最合适的选择就是LCD液晶数字显示模块。该模块有16个引脚，使用时一般需要外接一个10k Ω的点位计。连接方式也比较复杂，会在后面的系列课程中讲到。

<4> Arduino Mega 2560拓展板：

8. Arduino Mega 2560拓展板

Arduino Mega 2560 拓展板可以被用来在其上面焊接小型的电子器件，或者放置一个微型面包板来进行快速的项目测试。

<5> RC522 RFID RC522射频识别模块：

9. RC522 RFID 射频识别模块

以上这款RFID射频识别芯片的原理类似于我们经常使用的门禁卡和钥匙扣。可以通过将钥匙扣和白色的卡片放置于RFID芯片有信号标识的地方进行识别，从而进行信号读取。

<6> Power Supply Module电源供应模块：

10. 电源供应模块

可以将这个电源模块插入如图1所示的面包板当中，它的用途主要是一些其他传感器需 要外接的电源，或者当Arduino的5V或者3.3V电压输出完全被占用时，可以使用这个外接电源给予电力供应。

<7> GY-521 Module重力加速计:

11. 重力加速计

重力加速计可以用来进行惯性测量单元的传感器(IMU)。该款传感器主要用于自动平衡机器人，无人机，以及智能手机等仪器。 它的具体工作机理同它在x,y,z轴的偏移方向和偏移量有关，具体会在专题中讲到。

<8> SG-90 Servo Motor伺服电机:

12. 伺服电机

伺服电机的内部的齿轮电动机只能转动180°，一般用在机器人制作等领域。

<9> Stepper Motor步进电机:

13. 步进电机

步进电机是一种可以将电脉冲转化为间断性机械运动的仪器。当这个电机收到一个脉冲信号时，其所驱动的步进电机会沿着一个固定角度旋转。

<10> ULN2003 Stepper Motor Driver Module步进电机控制模块:

14. 步进电机控制模块

步进电机一搬需要和一个驱动模块才能运行，所以和驱动模块相连接的模块一般如上图所示，白色的插排需要和步进电机的排母连接。IN1~IN4为步进电机的信号输入端。侧面两插排为电源的输入端以及接地端(输入电压一般为5~12V) 。

<11> DC Motor with Fan Blade 带叶扇的直流电机:

15. 直流电机模块

直流电机基本和大家小时候玩过的马达是一样的，唯一的区别是这个马达还附赠一个微型风扇(方便观察马达的转动方向)，还有两根杜邦线焊在马达的电极上。

<12>Membrane Switch Module 薄膜式开关模块:

16. 薄膜式开关模块

薄膜式开关可以做一些计算或者游戏的控制器，手感比较柔软，按键很有触感。一共有8个引脚，可以用杜邦线的公头连接。

<13>&<14> IR Receiver Module, Remote Control 红外线接收模块，远程遥控器:

15. 红外线接收模块以及远程遥控器

这两个组件的作用如同在家的电视遥控器一样，红外线接收模块的作用是为了接收远程遥控器所发出的信号的。

<15> 各种显示模块的简单介绍Max7219 Module, 1 Digit 7-Segment Display, 4 Digit 7-Segment Display, 10 Segment LED

除了先前介绍的LCD显示器之外，Arduino还有不少LED显示器同样可以用作不同的显示用途。A-1，A-2中的单数字和四数字7分段(划分数字8需要7段) 显示器是专门为了显示数字而使用的。A-3的显示器是为了显示条形图案(类似于能量条)而设计的。A-4是可以用来作类似于点阵的显示，根据信号输入可以显示字母，数字，或者各种不同的图案等等。

<16> 各种控制，缓存以及计时模块的简单介绍: L293D, 74HC595IC, L9110H DC motor driver (IC), NE 555 Timer

在不少Arduino的套件中，经常可以至少看到以上四种模块之中的至少三种。B-1, L293D以及B-3，L9110H DC motor driver一般都是用来控制直流电机(如图15所示) 的。L9110H一般可以控制一个电机，而L293D可以同时控制两个。

74HC595IC是一个8位串行输入，平行输出的位移缓存器：平行输出为三态输出。在有些比较简单的情况下可以控制上文中的LED模块。这个模块的机制比较复杂，会在具体使用的时候详细介绍。

NE555 除了计时器功能外，还可以当做分频器，比较器，基本R-S触发器，排除管等使用。具体使用具体介绍。

<17> Active Buzzer & Passive Buzzer 主动蜂鸣器, 被动蜂鸣器

 蜂鸣器一般可以用来发出声音，用来示警甚至播放音乐。如图16,17所示，区分这两者的方法是把它们的下端翻过，查看其是否有绿色，无源蜂鸣器下方为绿色，有源蜂鸣器会被黑胶封住，为黑色。

<18> Potentiometer 10KΩ 电位计（10k Ω）

在Arduino学习包里包含的电位计也一般有以上三类，其中建议使用第I,II类。第三类需要焊接比较麻烦。电位计的一般用途是和LCD显示器相连接，需要调节其背景亮度。

<19> HC-SR501 PIR Motion Sensor Module, 人体红外传感器；

21. 人体红外传感器

这款传感器相较于其他传感器比较复杂，而基本的作用就是当人或者动物散发热量经过的时候，会导致其内部的被动式红外探测器探知周围生物发出的热量，发出一个正脉冲信号；当周围没有生物散发的热量时，发出一个负脉冲信号，两种波的改变会被探知，从而给串口反馈周围是否有散发热量的人或动物。探测距离大概在3~7m。

<20> Sound Sensor Module 声音传感器模块

22. 声音传感模块

声音传感模块可以探知周围声音强度，可以被用在安防，监控等项目上。当其收到声音时，会将信号传出到微控制器上处理。

<21> Water Level Detection Sensor Module 水位传感器模块

23. 水位传感模块

水位探测模块在使用时可以直接将其置于水中，即可给微控制器不同的值反馈。可以用作探测降水，水位测量，液体泄漏探测等模拟项目。

<22> Ultrasonic Sensor 超声传感器

24. 超声探测器

超声探测器由一个声波输出模块和一个声波接收模块组成，可以用作测距及避障等功能。该传感器的测距范围一般为2cm~400cm。射出的声波有一个固定的****和接收角度，超出该角度则无法收到信号。

<23>DS3231 RTC Module 时钟模块

25. 时钟模块

DS3231 RTC 时钟模块是一个非常准确的实时时钟 (Real time clock， RTC) ，遵守I2C协议。可以准确的显示年月日，时分秒等准确信息。可以和LCD显示器配合使用。

<24>Rotary encoder Module 旋转编码器模块

26. 旋转编码器模块

旋转编码器是一个可以精确测量电机的旋转角度，并且可以将这种角度位置以及运动转化为模拟或者数字信号的装置，一个常见用途是用它来控制步进电机 (如图13)。

<25>DHT11 Temperature and Humidity Module 温度以及湿度模块

27.温度以及湿度模块

DHT 11 温度以及湿度模块是一个集成化传感器，可以同时测量并且转换周围环境温度及湿度的信号。这款传感器之内一般包括一个湿度电阻元件，以及一个负温度系数 (NTC)温度测量器件，这两个元件与一个高性能的8位微控制器相连接。

<26>Joystick Module 操纵杆模块

28. 操纵杆模块

操纵杆模块有点类似于我们平时玩的街机游戏的操作杆，将操作杆视为一个平面的话，可以沿着这个平面任意的x,y方向360°旋转。下压类似于按钮，可确定。所有的移动和确定功能均为模拟信号，而它的实际作用则就是为了模拟某些类似于游戏的项目而设计的。

 <27>5V Relay 5V继电器

29. 5V继电器

 继电器的基础原理类似于一个电力开关。最基础的应用则同普通的继电器类似，可以用它来连接或者断开一个电路。

 <28>一些其他类型的小套件

·        Resistor | 电阻 (C-1)

·        Thermistor | 热敏电阻 (C-2)

·        Diode Rectifier | 二极管整流器 (C-3)

·        100μF/10μF Electrolytic Capacitor | 100μF/10μF 电解质电容器 (C-4)

·        NPN Transistor PN2222 | NPN晶体管——PN2222 (C-5)

·        NPN Transistor S8050 | NPN晶体管——S8050 (C-6)

·        SW-520D Tilt Ball Switch | 倾斜球传感器 (C-7)

·        Button | 按钮 (C-8)

·        22pF/104pF Ceramic Capacitor | 22pF/104pF陶瓷电容 (C-9)

·        Photoresistor | 光敏电阻 (C-10)

·        RGB LED灯泡 (C-11)

·        各色LED灯泡 (C-12)

C-1

C-12

在所有上述的这些小套件之中，想必大家至少对于电阻(C-1)，以及LED(C-12)灯泡比较熟悉吧。电阻的大小可以通过其颜色条查看，具体规则可参见下文;

https://jingyan.baidu.com/article/fec4bce241490ff2618d8bca.html

而LED灯泡也有着各种各样的颜色，例如白色，红色，绿色等等，一般情况下一种颜色的LED灯只发一种光。而图(C-11)中所示的RGB LED灯泡，相当于把几个单色LED合成为了一个。可以按照红，绿，蓝的顺序变化，也可以按三色的比例去调节颜色。

热敏电阻(C-2)，其阻值随着温度而变化。热敏电阻的阻值随着温度变化会有着几百欧姆的变化。热敏电阻可以被用来测量温度，也可以用来制作重置保险丝。

二极管整流器(C-3)，一般可以将交流电转化为直流电。发光二极管(即LED灯泡)的原理本质和其类似。而在Arduino的应用中，可以用来制作整流器，逻辑门等。

电解质电容器(C-4)，以及陶瓷电容(C-9)本质上也都是一种元器件。陶瓷电容的容量一般都比电解质电容小。它的一般用途可以用来做一些储能或者信号过滤的小实验。

NPN晶体管——PN2222型(C-5) 以及——S8050型(C-6), 本质都是一种晶体管，另外一个名字叫做双极性晶体管 (BJT)，一般都被当做逻辑门和扩大器使用。

倾斜球传感器(C-7)可以用来侦测物体的旋转和倾斜角度。可以被用在有些小玩具上面。

按钮开关(C-8)可以用来直接连接或者闭合一个电路。

光敏电阻(C-10)可以用来探测光线强度的变化，当光线变强时其电阻阻值会急剧增大。可以用来制作对于光照敏感的传感器等。

总结

以上大概介绍了有50多种传感器及基本元器件，市面上绝大多数Arduino的学习套件基本都会包括这些套件以及传感器。其中有些没有介绍的还包括Arduino提供的USB数据线，外接电源等等。这其中有些传感器原理十分简单，易于使用，而有些传感器的原理十分复杂，上文中只作了简单描述，会在具体使用时具体讲解。

本系列关于Arduino的基础介绍课程就要基本完结了，在接下来会介绍各种传感器的使用方法，以及如何使用这些传感器去搭建一些比较复杂而又实用的项目。