【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 2019-7-12 10:26

规格：
1.PCB尺寸：47mm(长)*19mm(宽)*1.6mm(厚)
2.LED：5mm红发红发光二极管
3.排阻阻值470欧姆或者1000欧姆

ID:513258 · 发表于 2019-7-12 10:47

ID:513258 · 发表于 2019-7-12 10:50

ID:513258 · 发表于 2019-7-12 10:54

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（56）
实验五十六： 8路LED流水灯跑马灯模块SUNLEPHANT
*/
int BASE = 6 ;
int NUM = 8;
void setup()
{
for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)
{
pinMode(i, OUTPUT);
}
}
void loop()
{
for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)
{
digitalWrite(i, LOW);
delay(200);
}
for (int i = BASE; i < BASE + NUM; i ++)
{
digitalWrite(i, HIGH);
delay(200);
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-7-12 10:56

ID:513258 · 发表于 2019-7-12 11:15

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（56）
实验五十六： 8路LED流水灯跑马灯模块SUNLEPHANT
程序之二，流水灯效果：全灭的灯逐个往一边点亮，再逐
个往开始端灭掉，循环即可，当然也可以其它效果，可自己设定
*/
int led1 = 6;
int led2 = 7;
int led3 = 8;
int led4 = 9;
int led5 = 10;
int led6 = 11;
int led7 = 12;
int led8 = 13;
int i;
void setup() {
for (i = 6; i < 14; i++)
{
pinMode(i, OUTPUT);
}
}
void loop() {
for (i = 5; i < 14; i++)
{
digitalWrite(i, HIGH);
delay(100);
} for (i = 13; i > 5; i--)
{
digitalWrite(i, LOW);
delay(100);
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-7-12 11:30

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（56）
实验五十六： 8路LED流水灯跑马灯模块SUNLEPHANT
程序之三，控制多个LED实现多种闪烁效果
*/
int led1 = 6;
int led2 = 7;
int led3 = 8;
int led4 = 9;
int led5 = 10;
int led6 = 11;
int led7 = 12;
int led8 = 13;
int n;
void setup()
{
for(n=6;n<=13;n++)
{
pinMode(n, OUTPUT);
}
}
void loop()
{
turn1();
clean();
turn2();
clean();
turn3();
clean();
}
void turn1()
{
for(n=6;n<=13;n++)
{
digitalWrite(n,HIGH);
delay(300);
}
for(n=6;n<=13;n++)
{
digitalWrite(n,LOW);
delay(300);
}
}
void turn2()
{ for(int x=0;x<=2;x++)
{
for(n=6;n<=13;n++)
{
digitalWrite(n,HIGH);
}
delay(300);
for(n=6;n<=13;n++)
{
digitalWrite(n,LOW);
}
delay(300);
}
}
void turn3()
{
for(int x=0;x<=2;x++)
{
digitalWrite(6,HIGH);
digitalWrite(7,HIGH);
for(n=8;n<=13;n++){
digitalWrite(n,LOW);
}
delay(300);
digitalWrite(10,HIGH);
digitalWrite(11,HIGH);
digitalWrite(6,LOW);
digitalWrite(7,LOW);
digitalWrite(8,LOW);
digitalWrite(9,LOW);
digitalWrite(12,LOW);
digitalWrite(13,LOW);
delay(300);
digitalWrite(12,HIGH);
digitalWrite(13,HIGH);
for(n=6;n<=11;n++){
digitalWrite(n,LOW);
}
delay(300);
}
}
void clean()
{ for(n=6;n<=13;n++)
{
digitalWrite(n,LOW);
}
delay(300);
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-7-12 19:16

实验五十七：四档脉冲频率占空比可调模块矩形波信号发生器（NE555）

NE555 （Timer IC）
为8脚时基集成电路，大约在1971年由Signetics Corporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的Timer IC，在往后的40年中非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，后来基于CMOS技术版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位功能并没变化，所以到目前都可直接的代用。NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 07:19

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 07:35

工作原理
555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。R1、R2、R3对供电Vcc分压，使N1比较器基准端（同相输入端）电压为1/3Vcc，N2基准端（反相输入端）电压为2/3Vcc。芯片5脚为调整端，接入上拉或下拉电阻时，可改变两个基准端电压的高低。两路比较器的输出端与R-S触发器的置位和复位相接，从而决定芯片3脚输出端的电平状态。当芯片2脚（/TR端）输入信号电压低于1/3Vcc时，N1输出端为“0”，R-S触发器被置位，芯片3脚变高电平，（在复位信号未输入之前）并保持；当芯片6脚输入电压高于2/3Vcc时，N2输出端为“1”，R-S触发器被复位（在置位信号未输入之前）并保持。芯片4为优先复位端（低电平有效），不用时可接Vcc。显然，作为开关电路应用时，只要控制芯片2脚电压低于1/3Vcc，电路处于“开”态（3脚为“1”）；控制芯片6脚高于2/3Vcc，电路即处于“关”态（3脚为“0”），即为开关（双稳态）电路。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 07:43

主要特点
1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。
3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
5.NE555时基电路，为电压比较器和R-S基本触发器的混成电路，可方便地构成单稳态（延时、定时）电路、双稳态（开关）电路及无稳态（振荡）电路。其构成电路之简便和应用之广，素有“万能电路”之称。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 08:01

555主要由两个电压比较器，RS触发器，一个三极管，三个5k电阻组成
1：电源负极 2：触发 3：输出 4：复位 (低电平有效)
5：控制 6：阈值 7：放电 8：电源正极

1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V—18V范围内使用。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 08:06

四档脉冲频率占空比可调模块

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 08:31

模块说明
1、尺寸：3.1CM*2.2CM
1、主要芯片：NE555；
2、输入电压:5V-15VDC。5V供电时，输出电流可以在15MA左右；12V供电时，输出电流可以在35MA左右；
3、输入电流：≥100MA
4、输出幅度：4.2V V-PP至11.4V V-PP.（根据输入电压不同，输出幅度会不一样）
5、ZUI大输出电流：≥15MA（5V供电，V-PP大于50%时），≥35MA（12V供电，V-PP大于50%时）

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 08:39

模块电原理图

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 08:44

频率计算公式

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 08:47

模块适用范围
1.用作方波信号发生器，产生方波信号供实验开发使用。
2.用来产生驱动步进电机驱动器的方波信号。
3.产生可调脉冲供MCU使用。
4.产生可调脉冲，控制相关的电路。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 09:31

模块特点
1、输出带LED指示，有没有输出直接明了（低电平时LED量，高电平LED灭，频率比较低时LED闪烁）；
2、输出频率范围档次可选，使输出频率更连续可调；
低频档：1Hz～50Hz
中频档：50Hz～1kHz
中高频档：1KHz～10kHz
高频档：10kHz～200kHz
3、输出占空比可以微调，占空比和频率不是分别可调的，调占空比会改变频率
4、输出频率可调
周期T=0.7(RA+2RB)C （RA、RB为0-10K可调）
低频档时C=0.001UF
中频档时C=0.1UF
中高频档C=1UF
高频档时C=100UF
因此波形的频率可以自己计算。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 09:39

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 11:49

注意事项
使用跳线帽更改频率时，请先断电，待跳帽接好后再重新上电。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 12:15

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 12:51

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（57）
实验五十七：四档脉冲频率占空比可调矩形波模块（NE555）
试试看波形如何
*/
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
}
void loop()
{
int val;
val=analogRead(A0);
Serial.println(val,DEC);
delay(100);
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 12:53

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 13:05

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 13:20

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 13:39

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 14:28

本帖最后由 eagler8 于 2019-7-22 15:05 编辑

实验五十八： HC-SR04超声波测距传感器模块（4镇通用款）

超声波探头
是在超声波检测过程中发射和接收超声波的装置。探头的性能直接影响超声波的特性，影响超声波的检测性能。在超声检测中使用的探头，是利用材料的压电效应实现电能、声能转换的换能器。探头中的关键部件是晶片，晶片是一个具有压电效应的单晶或者多晶体薄片，它的作用是将电能和声能互相转换。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 15:10

菲律宾眼镜猴会用超声波进行交流
菲律宾眼镜猴因为一双又圆又大且水汪汪的茶色大眼睛而被人们所知，在人们的印象中它有着让人难以置信的小型身材，在它们小小的脸庞上，长着两只圆溜溜的特别大的眼睛，眼珠的直径可以超过1厘米，和它的小身体很不相称，好像戴着一副特大的旧式老花眼镜。所以，人们给它起了一个十分形象的名字：眼镜猴。它们大多时候都是“沉默寡言”的形象。但来自加利福尼亚洪堡加州州立大学的科学家近日研究发现，其实菲律宾眼镜猴是不折不扣的“话匣子”，它们时刻都在发出一种超声波，只不过捕食者无法听到而已。据了解，研究人员发现这种眼镜猴发出声音的“最小频率”可达到67千赫，比陆地上任何一种啮齿动物和蝙蝠发出的音量都要高很多，甚至偶尔还能飙升到70千赫。众所周知，任何声音只要达到20千赫以上，就很难被人们所听见，就连听力一向很敏锐的狗，也只能听到23千赫的声音。而眼镜猴甚至可以直接听到90千赫的声音。最为特别的是，在眼镜猴的群体中彼此传递着一种秘密的语言，这种语言会提醒对方注意捕食者的危险。研究人员表示，超声波的音频对信号发出者和接受者都十分有用，因为这样捕食者就很难从声音的来源进行定位，这样寻找起来就十分有难度了。甚至眼镜猴还可以在猎物旁“窃窃私语”，它们所捕捉的典型猎物为蟋蟀、螳螂、以及蛾子等昆虫，最为特别的是，眼镜猴还能自动屏蔽使它们分散注意力的低周波丛林噪音。研究人员表示，在动物王国不仅眼镜猴有这样的超能力，鲸鱼和猫也同样能够在超声波范围内彼此沟通交流。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 15:23

超声波
蝙蝠和某些海洋动物都能够利用高频率的声音进行回声定位或信息交流。它们能通过口腔或鼻腔把从喉部产生的超声波发射出去，利用折回的声波来定向，并判定附近物体的位置、大小以及是否在移动。超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大于人的听觉上限而得名。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹(Hz)。我们人类耳朵能听到的声波频率为20Hz-20000Hz。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1兆赫兹-30兆赫兹。理论研究表明，在振幅相同的条件下，一个物体振动的能量与振动频率成正比，超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大.在中国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度，这就是超声波加湿器的原理。如咽喉炎、气管炎等疾病，很难利用血流使药物到达患病的部位，利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够提高疗效。利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎，从而减缓病痛，达到治愈的目的。超声波在医学方面应用非常广泛，可以对物品进行杀菌消毒。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 15:38

超声效应
超声效应：当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，使介质发生物理的和化学的变化，从而产生一系列力学的、热学的、电磁学的和化学的超声效应，包括以下4种效应：
①机械效应。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。当超声波流体介质中形成驻波时，悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积。超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时，由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化（见电介质物理学和磁致伸缩）。
②空化作用。超声波作用于液体时可产生大量小气泡。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞，称为空化。空洞内为液体蒸气或溶于液体的另一种气体，甚至可能是真空。因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压，同时产生激波。与空化作用相伴随的内摩擦可形成电荷，并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体中进行超声处理的技术大多与空化作用有关。
③热效应。由于超声波频率高，能量大，被介质吸收时能产生显著的热效应。
④化学效应。超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应。例如纯的蒸馏水经超声处理后产生过氧化氢；溶有氮气的水经超声处理后产生亚硝酸；染料的水溶液经超声处理后会变色或退色。这些现象的发生总与空化作用相伴随。超声波还可加速许多化学物质的水解、分解和聚合过程。超声波对光化学和电化学过程也有明显影响。各种氨基酸和其他有机物质的水溶液经超声处理后，特征吸收光谱带消失而呈均匀的一般吸收，这表明空化作用使分子结构发生了改变。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 16:15

超声探头
是利用超声波的特性而研制的传感器，超声波传感器的典型结构如图所示。它是把成正方形的两个压电晶片(亦称双晶振子)按照相反的极性粘贴在一起，再引出两个电极。压电晶片上面有金属震动板和圆锥形振子。圆锥形振子具有很强的方向性，便于发送和接收超声波。超声波传感器采用金属或塑料外壳，其顶部有屏蔽栅。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 16:19

超声探头性能指标
探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：
1、工作频率
工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
2、工作温度
由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
3、灵敏度
主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
4、指向性
超声波传感器探测的范围。

ID:510532 · 发表于 2019-7-13 16:44

楼主用的仿真软件叫什么可以分享一下吗？是不是mind+啊？

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 16:47

测距原理
超声波具有频率较高，沿直线传播、方向性好、绕射小、穿透力强、传播速度慢(约340m/s,与声速相同)等特点。超声波对固体和液体的穿透能力强，尤其对于在阳光下不透明的固体，可以穿透几十m的深度。超声波遇到杂质或分界面时会产生反射波，利用这一特性可构成超声波探伤仪或测距仪。超声波遇到移动物体时会产生多普勒效应(DopplerEffect)，使接收到的频率发生变化，由此可制成多普勒测距系统。超声波测距原理是超声波发射探头发出的超声波脉冲，经媒质(空气)传到物体表面，反射后通过媒质(空气)传到接收探头，测出超声脉冲从发射到接收所需的时间，根据媒质中的声速，求得从探头到物体表面之间的距离。设探头到物体表面的距离为L,超声在空气中的传播速为v,从发射到接收所需的传播时间为t,则有：L=vt/2。由此可见，被测距离L与传播时间之间具有确定的函数关系，只要能测出时间t,即可求出距离L,通过软件实现直接在显示器上显示L的值。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 17:10

位差测距
超声波传感器与单片机系统进行接口构成距离检测的硬件系统，在系统软件的控制下，单片机向位差超声波传感器发送的一个触发脉冲，位差超声波传感器被此脉冲触发后会产生一道短40 kHz的脉冲电信号，此40 kHz的脉冲电信号通过激励换能器处理以后，将转换成机械振动的能量，其振动频率约在20 kHz以上，由此形成了超声波，该信号经锥形"辐射口"处将超声波信号在空气中以每秒约1 130英尺的速度向外发射出去。当发射出去的超声波信号遇到障碍物以后，立即被反射回来。接收器接收到反射回来的超声波信号后，通过其内部转换，将超声波变成微弱的电振荡，并将信号进行放大，就可得到所需的脉冲信号，此脉冲信号再返回给单片机，表示回波被探测，这个脉冲宽度就是对应于爆裂回声返回到传感器所需时间，其时序如图所示。

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 17:15

HC-SR04超声波测距传感器模块（5针宽电压）

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 18:02

主要技术参数
1：使用电压：DC---5V
2：静态电流：小于2mA
3：电平输出：高5V
4：电平输出：底0V
5：感应角度：不大于15度
6：探测距离：2cm-450cm
7: 高精度可达0.2cm
8: 接线方式：VCC、trig（控制端）、
echo（接收端）、 GND

ID:421308 · 发表于 2019-7-13 18:17

说的很明白

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 18:18

模块电原理图

ID:513258 · 发表于 2019-7-13 18:59

模块特征
HC-SR04超声波测距模块具有测距距离精确，能和SRF05，SRF02等超声波测距相媲美，测量距离 ** 2cm~450cm （小编实测：10cm~300cm）。工作原理——1）采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号。2）模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回。3）有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。只需要提供一个10uS以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式： uS/58=厘米或者uS/148=英寸;或是：距离=高电平时间*声速（340M/S） /2;建议测量周期为60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响。
注：
1、此模块不宜带电连接，若要带电连接，则先让模块的GND端先连接，否则会影响模块的正常工作。
2、测距时，被测物体的面积不少于05平方米且平面尽量要求平整，否则影响测量的结果。

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