【Arduino】108种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 10:35

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ID:513258 · 发表于 2019-6-23 10:49

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 11:05

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 11:09

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 12:26

实验三十四：三色LED交通灯模块（红绿黄灯）

LED发光二极管
LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED灯发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 12:49

最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光视效能的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 14:17

LED灯主要特点
1、节能：白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4.
2、长寿：寿命可达10万小时以上，对普通家庭照明可谓"一劳永逸"。
3、可以工作在高速状态：节能灯如果频繁的启动或关断，灯丝就会发黑，很快的坏掉，所以更加安全。
4、固态封装，属于冷光源类型。所以它很好运输和安装，可以被装置在任何微型和封闭的设备中，不怕振动。
5、led技术正日新月异的在进步，它的发光效率正在取得惊人的突破，价格也在不断的降低。一个白光LED进入家庭的时代正在迅速到来。
6、环保，没有汞的有害物质。LED灯泡的组装部件可以非常容易的拆装，不用厂家回收都可以通过其它人回收。
7、配光技术使LED点光源扩展为面光源，增大发光面，消除眩光，升华视觉效果，消除视觉疲劳。
8、透镜与灯罩一体化设计。透镜同时具备聚光与防护作用，避免了光的重复浪费，让产品更加简洁美观。
9、大功率led平面集群封装，及散热器与灯座一体化设计。充分保障了led散热要求及使用寿命，从根本上满足了LED灯具结构及造型的任意设计，极具LED灯具的鲜明特色。
10、节能显著。采用超高亮大功率led光源，配合高效率电源，比传统白炽灯节电80%以上，相同功率下亮度是白炽灯的10倍。
11、超长寿命50,000小时以上，是传统钨丝灯的50倍以上。LED采用高可靠的先进封装工艺—共晶焊，充分保障LED的超长寿命。
12、无频闪。纯直流工作，消除了传统光源频闪引起的视觉疲劳。
13、绿色环保。不含铅、汞等污染元素，对环境没有任何污染。
14、耐冲击，抗雷力强，无紫外线（UV）和红外线（IR）辐射。无灯丝及玻璃外壳，没有传统灯管碎裂问题，对人体无伤害、无辐射。
15、低热电压下工作，安全可靠。表面温度≤60℃（环境温度Ta=25℃时）。
16、宽电压范围，全球通用LED灯。85V~ 264VAC全电压范围恒流，保证寿命及亮度不受电压波动影响。
17、采用PWM恒流技术，效率高，热量低，恒流精度高。
18、降低线路损耗，对电网无污染。功率因数≥0.9，谐波失真≤20%，EMI符合全球指标，降低了供电线路的电能损耗和避免了对电网的高频干扰污染。
19、通用标准灯头，可直接替换现有卤素灯、白炽灯、荧光灯。
20、发光视效能率可高达80lm/w，多种LED灯色温可选，显色指数高，显色性好。
21、国家越来越重视照明节能及环保问题，已经在大力推行使用LED灯具了。

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 14:23

发光二极管可以分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。LED的控制模式有恒流和恒压两种，有多种调光方式，比如模拟调光和PWM调光，大多数的LED都采用的是恒流控制，这样可以保持LED电流的稳定，不易受VF的变化，可以延长LED灯具的使用寿命。

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 14:33

交通灯
交通灯有两种，给机动车看的叫机动车灯，通常指由红、黄、绿（绿为蓝绿）三种颜色灯组成用来指挥交通通行的信号灯。绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯黄闪时，已越过停止线的车辆可以继续通行；没有通过的应该减速慢行到停车线前停止并等待，红灯亮时，禁止车辆通行。给行人看的叫人行横道灯，通常指由红、绿（绿为蓝绿）二种颜色灯组成用来指挥交通通行的信号灯，红灯停，绿灯行。

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 14:56

一些交通灯控制电路图

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 15:03

三色LED交通灯模块（红绿黄灯）

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 15:10

尺寸：56*21*11mm
固定孔：3mm
孔距：15mm
颜色：红黄绿
LED：8mm *3
亮度：普通亮度
电压：5V
输入：数字电平
接口：共阴极红黄绿单独控制
平台：Arduino、单片机

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 15:21

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 15:49

/*
【Arduino】37种传感器模块系列实验（34）
实验三十四：三色LED交通灯模块（红绿黄灯）
*/
int redled =11;
int yellowled =12;
int greenled =13;
void setup()
{
pinMode(redled, OUTPUT);
pinMode(yellowled, OUTPUT);
pinMode(greenled, OUTPUT);
}
void loop()
{
digitalWrite(redled, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(redled, LOW);
digitalWrite(yellowled, HIGH);
delay(200);
digitalWrite(yellowled, LOW);
digitalWrite(greenled, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(greenled, LOW);
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 16:10

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 16:10

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 16:38

/*
【Arduino】37种传感器模块系列实验（34）
实验三十四：三色LED交通灯模块（红绿黄灯）实验之二
*/
int redled =11;
int yellowled =12;
int greenled =13;
void setup()
{
pinMode(redled, OUTPUT);
pinMode(yellowled, OUTPUT);
pinMode(greenled, OUTPUT);
}
void loop()
{
changeLights();
delay(15000);
}
void changeLights()
{
digitalWrite(greenled, LOW);
digitalWrite(yellowled, HIGH);
delay(3000);
digitalWrite(yellowled, LOW);
digitalWrite(redled, HIGH);
delay(5000);
digitalWrite(yellowled, HIGH);
delay(2000);
digitalWrite(yellowled, LOW);
digitalWrite(redled, LOW);
digitalWrite(greenled, HIGH);
delay(3000);
}

复制代码

ID:282095 · 发表于 2019-6-23 16:47

都是比较基础的内容

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 18:23

实验三十五：模拟量声音传感器模块（4线制波形）

驻极体话筒
驻极体话筒也称驻极体传声器，它是利用驻极体材料制成的一种特殊电容式“声—电”转换器件。其主要特点是体积小、结构简单、频响宽、灵敏度高、耐震动、价格便宜。驻极体话筒是目前最常用的传声器之一，在各种传声、声控和通信设备（如无线话筒、盒式录音机、声控电灯开关、电话机、手机、多媒体电脑等）中应用非常普遍。电子爱好者在制作或维修各种具有“声—电”转换功能的电路时，不可避免地要跟驻极体话筒打交道，掌握驻极体话筒的识别与正确使用方法是很有必要的。

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 19:52

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 20:00

内部结构
驻极体话筒的内部结构如图所示，它主要由“声—电”转换和阻抗变换两部分组成。“声—电”转换的关键元件是驻极体振动膜片，它以一片极薄的塑料膜片作为基片，在其中一面蒸发上一层纯金属薄膜，然后再经过高压电场“驻极”处理后，在两面形成可长期保持的异性电荷——这就是“驻极体”（也称“永久电荷体”）一词的来历。振动膜片的金属薄膜面向外（正对音孔），并与话筒金属外壳相连；另一面靠近带有气孔的金属极板，其间用很薄的塑料绝缘垫圈隔离开。这样，振动膜片与金属极板之间就形成了一个本身具有静电场的电容——可见驻极体话筒实际上是一种特殊的、无需外接极化电压的电容式话筒。金属极板与专用场效应管的栅极G相接，场效应管的源极S和漏极D作为话筒的引出电极。这样，加上金属外壳，驻极体话筒一共有3个引出电极，其内部电路如图所示。如果将场效应管的源极S（或漏极D）与金属外壳接通，就使得话筒只剩下了2个引出电极。

ID:513258 · 发表于 2019-6-23 20:03

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 07:03

主要参数
（1）工作电压（UDS）。这是指驻极体话筒正常工作时，所必须施加在话筒两端的最小直流工作电压。该参数视型号不同而有所不同，即使是同一种型号也有较大的离散性，通常厂家给出的典型值有1.5V、3V和4.5V这3种。
（2）工作电流（IDS）。这是指驻极体话筒静态时所通过的直流电流，它实际上就是内部场效应管的静态电流。与工作电压类似，工作电流的离散性也较大，通常在0.1～1mA。
（3）最大工作电压（UMDS）。这是指驻极体话筒内部场效应管漏、源极两端所能够承受的最大直流电压。超过该极限电压时，场效应管就会被击穿损坏。
（4）灵敏度。这是指话筒在一定的外部声压作用下所能产生音频信号电压的大小，其单位通常用mV/Pa（毫伏/帕）或dB（0dB=1000mV/Pa）。一般驻极体话筒的灵敏度多在0.5～10mV/Pa或-66～-40dB范围内。话筒灵敏度越高，在相同大小的声音下所输出的音频信号幅度也越大。
（5）频率响应。也称频率特性，是指话筒的灵敏度随声音频率变化而变化的特性，常用曲线来表示。一般说来，当声音频率超出厂家给出的上、下限频率时，话筒的灵敏度会明显下降。驻极体话筒的频率响应一般较为平坦，其普通产品频率响应较好（即灵敏度比较均衡）的范围在100Hz～10kHz，质量较好的话筒为40Hz～15kHz，优质话筒可达20Hz～20kHz。
（6）输出阻抗。这是指话筒在一定的频率（1kHz）下输出端所具有的交流阻抗。驻极体话筒经过内部场效应管的阻抗变换，其输出阻抗一般小于3kΩ。
（7）固有噪声。这是指在没有外界声音时话筒所输出的噪声信号电压。话筒的固有噪声越大，工作时输出信号中混有的噪声就越大。一般驻极体话筒的固有噪声都很小，为微伏级电压。
（8）指向性。也叫方向性，是指话筒灵敏度随声波入射方向变化而变化的特性。话筒的指向性分单向性、双向性和全向性3种。单向性话筒的正面对声波的灵敏度明显高于其他方向，并且根据指向特性曲线形状，可细分为心形、超心形和超指向形3种；双向性话筒在前、后方向的灵敏度均高于其他方向；全向性话筒对来自四面八方的声波都有基本相同的灵敏度。常用的机装型驻极体话筒绝大多数是全向性话筒。

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 07:10

鹏博士PBs 发表于 2019-6-23 16:47
都是比较基础的内容

谢谢鼓励，我是个学编程的新人，也是个传感器与模块的收藏者，手头已有近七十种的实物，一直想找个机会，都学习一下，积累点资料，也做做小实验试试看。就是工作量有点大，困难不少，不知能坚持多久，呵呵

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 07:22

引脚识别
驻极体话筒的引脚识别方法很简单，无论是直插式、引线式或焊脚式，其底面一般均是印制电路板，如图所示。对于印制电路板上面有2部分敷铜的驻极体话筒，与金属外壳相通的敷铜应为“接地端”，另一敷铜则为“电源/信号输出端”（有“漏极D输出”和“源极S输出”之分）。对于印制电路板上面有3部分敷铜的驻极体话筒，除了与金属外壳相通的敷铜仍然为“接地端”外，其余2部分敷铜分别为“S端”和“D端”。有时引线式话筒的印制电路板被封装在外壳内部，无法看到（如国产CRZ2-9B型），这时可通过引线来识别：屏蔽线为“接地端”，屏蔽线中间的2根芯线分别为“D端”（红色线）和“S端”（蓝色线）。如果只有1根芯线（如国产CRZ2-9型），则该引线肯定为“电源/信号输出端”。

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 08:17

驻极体话筒应用电路

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 08:41

模拟量声音传感器模块（四线制）

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 08:46

一、工作电压：直流4--6伏
二、主要芯片：LM393、驻极体话筒
三、模块尺寸：23mm X13mm X 10mm 长X宽X高
四、用于声音检测，模块有2个输出：
1、AO，模拟量输出，实时输出麦克风的电压信号
2、DO，当声音强度到达某个阀值时，输出高低电平信号【阀值-灵敏度可以通过电位器调节】

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 08:50

电原理图

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 09:22

模块特点
1、一路音频信号输出，检测到声音输出音频信号
2、有3mm的安装螺丝孔
3、使用5v直流电源供电
4、模拟量电压信号输出，信号幅度VCC/2
5、有阀值翻转电平输出
6、高感度麦克风，灵敏度高
7、两路红色LED指示：POWER和SENSOR。POWER：上电即亮。SENSOR: 当麦克风感测的声音达到一定值时，此LED亮。
8、内置放大电路，增益可调，性能稳定
9、能直接输出线性模拟量，AD采集的时候，就更加方便了，解决了很多客户，直接采集波形的痛苦。也可以直接作为分贝传感器使用
10、能检测声音大小，是否有声音，口哨声，可检测声音强度；但不能识别特殊频率。
11、可以用于声控灯，配合光敏传感器做声光报警，以及声音放大，声音检测的场合。

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 09:39

接口定义
1. AO: 传感器模拟量输出
2. GND: 接地
3. VCC: 电源输入,范围: 3V-24V
4. DO: 数字量输出(比较器输出)

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 09:54

为做这次实验，采购了三只传感器做备份

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 10:49

/*
【Arduino】37种传感器模块系列实验（35）
实验三十五：模拟量声音传感器模块（4线制波形）之一
*/
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
pinMode(3,OUTPUT);
}
void loop() {
analogWrite(3, (map(analogRead(A0), 0, 1023, 235, 0)));
Serial.println((map(analogRead(A0), 0, 1023, 1023, 0)));
delay(500);
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 10:53

几乎输出一条直线，实验失败

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 12:00

进一步简化了程序，对这模块（普通低端的）也不再抱什么希望了

/*
【Arduino】37种传感器模块系列实验（35）
实验三十五：模拟量声音传感器模块（4线制波形）之二
*/
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
}
void loop()
{
Serial.println(analogRead(A0));
delay(100);
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 12:03

环境噪声的波形

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 12:06

放音乐的波形

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 12:08

比较极端的情况，敲桌子，大声喊叫.......

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 12:30

实验结论，这个模块太简陋了，由于有带393比较器，更适合数字量输出（其A0端只是摆设），比如做声控开关，灵敏度还行

ID:513258 · 发表于 2019-6-24 15:39

实验三十六：WS2812B智能外控集成LED四位彩灯模块（内置驱动IC）

WS2813B
是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。其外型与一个5050LED灯珠相同，每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和12V高压可编程定电流控制部分，有效保证了像素点光的颜色高度一致。

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