【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 2019-8-15 17:16

本帖最后由 eagler8 于 2019-8-16 15:27 编辑

实验九十二：1 x 8通道IIC I2C逻辑电平转换器模块

电平转换器
是一个电压转换装置，电平转换分为单向转换和双向转换，还有单电源和双电源转换，双电源转换采用双轨方案具有满足各方面性能的要求。在新一代电子电路设计中, 随着低电压逻辑的引入,系统内部常常出现输入/ 输出逻辑不协调的问题, 从而提高了系统设计的复杂性。例如, 当1. 8V的数字电路与工作在3. 3V 的模拟电路进行通信时,需要首先解决两种电平的转换问题,这时就需要电平转换器。随着不同工作电压的数字IC 的不断涌现,逻辑电平转换的必要性更加突出, 电平转换方式也将随逻辑电压、数据总线的形式(例如4 线SPI、32 位并行数据总线等) 以及数据传输速率的不同而改变。现在虽然许多逻辑芯片都能实现较高的逻辑电平至较低逻辑电平的转换(如将5V 电平转换至3V 电平) ,但极少有逻辑电路芯片能够将较低的逻辑电平转换成较高的逻辑电平(如将3V逻辑转换至5V逻辑) 。另外,电平转换器虽然也可以用晶体管甚至电阻———二极管的组合来实现, 但因受寄生电容的影响,这些方法大大限制了数据的传输速率。尽管宽字节的电平转换器已经商用化, 但这些产品不是针对数据速率低于20Mbps 的串行总线(SPITM、I2CTM、USB 等) 优化的, 这些器件具有较大的封装尺寸、较多的引脚数和I/ O 方向控制引脚,因而不适合小型串行或外设接口和更高速率的总线(如以太网、LVDS、SCSI等) 。

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 15:30

逻辑电平
所谓电平，是指两功率或电压之比的对数，有时也可用来表示两电流之比的对数。电平的单位分贝用dB表示。常用的电平有功率电平和电压电平两类，它们各自又可分为绝对电平和相对电平两种。逻辑电平是指一种可以产生信号的状态，通常由信号与地线之间的电位差来体现。逻辑电平的浮动范围由逻辑家族中不同器件的特性所决定。

关于逻辑高低电平
1) 5V CMOS、 HC、 AHC、 AC中，输入大于3.5V算高电平 | | 输入小于1.5V算低电平；
2) 5V TTL 、ABT 、AHCT、 HCT、 ACT中，输入大于2V算高电平 | | 输入小于0.8V算低电平；
3) 3.3V LVTTL 、LVT、 LVC 、ALVC、LV 、ALVT中，输入大于2V算高电平　| | 输入小于0.8V算低电平；
4) 2.5V CMOS、 ALVC 、LV 、ALVT中，输入大于1.7V算高电平 | |　输入小于0.7V算低电平。

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 15:51

场效应管
场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写（FET））简称场效应管。主要有两种类型（juncTIon FET—JFET）和金属 - 氧化物半导体场效应管（metal-oxide semiconductor FET，简称MOS-FET）。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高（107～1015Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。场效应管（FET）是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 15:56

场效应管干什么用的
工作原理：场效应管工作原理用一句话说，就是“漏极-源极间流经沟道的ID，用以栅极与沟道间的pn结形成的反偏的栅极电压控制ID”。更正确地说，ID流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由pn结反偏的变化，产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在VGS=0的非饱和区域，表示的过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加VDS的电场，源极区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流ID流动。从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，ID饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡，并不是电流被切断。在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎具有绝缘特性，通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场，实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近，由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。其次，VGS向负的方向变化，让VGS=VGS（off），此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。而且VDS的电场大部分加到过渡层上，将电子拉向漂移方向的电场，只有靠近源极的很短部分，这更使电流不能流通。

作用：
　　1.场效应管可应用于放大。
　　2.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。
　　3.场效应管可以用作可变电阻。
　　4.场效应管可以方便地用作恒流源。
　　5.场效应管可以用作电子开关。

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 17:21

八MOS管电平模块实现八路3V和5V电平的双向转换

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 17:29

如果你曾经试图将3.3V设备连接到5V系统，你知道什么是一个挑战。双向逻辑电平转换器是一种小型器件，可以将5V信号安全地降低到3.3V，同时将3.3V升压到5V。此电平转换器也适用于2.8V和1.8V器件。这个逻辑电平转换器与我们之前的版本真正的区别在于，您可以成功地设置高低电压，并在同一通道上安全地升降它们。每个电平转换器具有将高侧上的4个引脚转换为低侧上的4个引脚的能力，其中为每侧提供两个输入和两个输出。

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 17:33

电平转换器非常容易使用。电路板需要由系统使用的两个电压源（高电压和低电压）供电。高电压（例如5V）到“HV”引脚，低电压（例如3.3V）到“LV”，接地从系统到“GND”引脚
兼容5-3V系统
VIN连接5V系统电源
5A连接5V系统
5B连接5V系统
GND连接5V系统GND
3V3连接3V系统电源
3A连接3V系统
3B连接3V系统
GND连接3V系统GND
尺寸：28×19mm / 1.1×0.74英寸

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 17:38

双向传输原理：
为了方便讲述，定义 3.3V 为 A 端，5.0V 为 B 端。

A端输出低电平时（0V）  ，MOS管导通，B端输出是低电平（0V）
A端输出高电平时（3.3V），MOS管截至，B端输出是高电平（5V）
A端输出高阻时（OC），MOS管截至，B端输出是高电平（5V）

B端输出低电平时（0V）  ，MOS管内的二极管导通，从而使MOS管导通，A端输出是低电平（0V）
B端输出高电平时（5V）  ，MOS管截至，A端输出是高电平（3.3V）
B端输出高阻时（OC），MOS管截至，A端输出是高电平（3.3V）

优点：
1、适用于低频信号电平转换，价格低廉。
2、导通后，压降比三极管小。
3、正反向双向导通，相当于机械开关。
4、电压型驱动，当然也需要一定的驱动电流，而且有的应用也许比三极管大。

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 18:18

模块特性
1、八MOS管电平模块实现八路3V和5V电平的双向转换
2、电源输入带防反接保护，集成3.3VLDO，并可对外提供不大于150mA的电流
3、带电源指示灯，工作与否一目了然
4、可实现UART、IIC、1-wire，SPI等总线信号3V-5V电平的双向转换
5、8通道的高电压逻辑与低电压逻辑双向转换，实现HV与LV双向互转。

LV接3.3V电源
HV接5V电源
GND接电源负极，两个电源共地
LV1-4输入3.3V TTL电平，HV1-4将输出5V TTL电平
HV1-4输入5V TTL 电平，LV1-4将输出3.3V TTL电平

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 18:34

使用逻辑电平转换器将Arduino连接到模块的示意图
在这个简单的图中，是把Arduino Uno连接到ESP8266 WIFI模块。在不确定所采用的模块输入输出脚所支持的电平时，采用电平转换模块也许是相对安全的选择。下图中，没有直接将ESP8266的TX和RX线连接到Arduino的GPIO引脚上，而是将它们与逻辑电平转换器连接起来:通过逻辑电平转换器连接ESP8266到Arduino uno，逻辑电平转换器是一个很小但非常有用的设备。它有助于连接使用不同电压等级的逻辑信号的设备。

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 20:26

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（92）
实验九十二：1 x 8通道IIC I2C逻辑电平转换器模块
项目：5V电平转换为3.3V电平，实验失败了，没整明白哦
*/
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
pinMode(13,OUTPUT);
}
void loop()
{
digitalWrite(13, HIGH);
delay(200);
digitalWrite(13, LOW);
delay(200);
int val;
float temp;
val=analogRead(A0);
temp=val/40.92;
val=(int)temp;
Serial.println(val);
delay(200);
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 20:28

ID:513258 · 发表于 2019-8-16 20:45

ID:513258 · 发表于 2019-8-17 17:12

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和模块，依照实践出真知（动手试试）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一做做实验，不管能否成功，都会记录下来---小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

实验九十三： CSR8350 蓝牙V4.1立体声音乐模块（带功放）

ID:513258 · 发表于 2019-8-17 17:32

经多方查询，盆友送给我的这个蓝牙音频模块是比较偏门的，只用于东风标致308（2016款二级车）轿车，车载TX9多媒体导航盒（BOX）上面，是深圳德赛西威的老版本产品nv5316。这个模块是否能做Arduino实验完全没有把握，只能试试看......，走一步算一步了

ID:513258 · 发表于 2019-8-17 17:51

CSR8350
高通CSR8350是一款蓝牙v4.1单芯片无线电和基带IC，具有先进的音频功能，适用于蓝牙汽车音响系统，车载导航和PND。

ID:513258 · 发表于 2019-8-17 18:58

芯片规格
DSP
DSP技术： Qualcomm Kalimba DSP
蓝牙
蓝牙版本：蓝牙4.1
蓝牙技术：低功耗蓝牙，双模蓝牙
最大输出功率：高达+ 9dBm
蓝牙无线电： -91bBm接收器灵敏度
班级支持： 3 级，2 级，1级
USB
USB版本： USB 2.0
一般音频
音频技术： Qualcomm?aptX?音频技术，Qualcomm?cVc?音频技术
录音
麦克风： 2个数字麦克风
记忆
RAM： 56 KB RAM
接口
支持的接口： I2S，I2C，PCM，SPI，UART
输入输出
通用I / O： 22x
ADC： 2个ADC
封装类型： QFN，VFBGA
包装尺寸：5.5 x 5.5 x 1 mm，9 x 9 x 0.9 mm
间距： 0.5mm间距

ID:513258 · 发表于 2019-8-18 07:32

模块概述
是一款蓝牙4.1+EDR数据语音模组，包含DSP处理器和高质量语音编解码器，包括CVC算法和apt-X编解码。还支持苹果iAP协议。因此，它非常适合前装车机、高质量蓝牙音箱、蓝牙免提设备等产品。

ID:513258 · 发表于 2019-8-18 07:37

终于找到这块板的技术参数
蓝牙版本       4.1+EDR, 双模
蓝牙类型       Class  2
通信距离       10m
天线             板载天线
温度范围       -400C  to +850C
最大数据吞吐量 4Mbps
硬件接口       UART, SPEAKER,MICROPHONE
音频接口       支持Analog, PCM,  SPDIF, I2S
供电接口       5V
支持跳频       是
802.11共存       否
存储             64KB ROM
芯片             CSR8350
认证             BQB,CE,FCC
模组固件       SOC,支持客户定制
模组尺寸       35*25*1.2 mm
屏蔽罩          是
蓝牙规范       HSP,HFP, A2DP, AVRCP, PBAP, PB Sync, HID, PAN,FTP,OPP,SPP

ID:513258 · 发表于 2019-8-18 07:42

ID:513258 · 发表于 2019-8-18 07:44

ID:513258 · 发表于 2019-8-18 07:47

应用领域
该模块主要用于短距离的数据无线传输领域。可以方便的和PC、手机、的蓝牙设备相连，也可以两个模块之间的数据互通。避免繁琐的线缆连接，能直接替代串口线。
前装车机
高质量音响
高质量语音设备
蓝牙免提、蓝牙对讲机

ID:513258 · 发表于 2019-8-18 11:04

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（93）
实验九十三： CSR8350 蓝牙V4.1立体声音乐模块（车载专用）
测试能否进入蓝牙模块 AT 模式,输入AT，看看是不是有OK返回
连接方式
CSR8350 UNO
+5V VCC
GND GND
TX D7
RX D8
*/
#include <SoftwareSerial.h>
//使用软件串口，能将数字口模拟成串口
SoftwareSerial BT(7, 8); //新建对象，接收脚为7，发送脚为8
char val; //存储接收的变量
void setup() {
Serial.begin(9600); //与电脑的串口连接
Serial.println("BT is ready!");
BT.begin(9600); //设置模块波特率
}
void loop() {
//如果串口接收到数据，就输出到蓝牙串口
if (Serial.available()) {
val = Serial.read();
BT.print(val);
}
//如果接收到蓝牙模块的数据，输出到屏幕
if (BT.available()) {
val = BT.read();
Serial.print(val);
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-8-18 11:17

没有进入AT模式，回传的“r”估计是出错的意思.....

ID:513258 · 发表于 2019-8-18 11:19

ID:513258 · 发表于 2019-8-18 11:27

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（93）
实验九十三： CSR8350 蓝牙V4.1立体声音乐模块（车载专用）
项目二：蓝牙模块从模式与Arduino的回环测试
测试结果--没反应
连接方式
CSR8350 UNO
+5V VCC
GND GND
TX D0
RX D1
*/
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
while(Serial.available())
{
char c=Serial.read();
if(c=='A')
{
Serial.println("Hello I am Eagler8");
}
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-8-18 11:55

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 12:54

实验九十四： 4X4矩阵形薄膜键盘模块轻触开关模组

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 16:39

矩阵键盘
矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。由于电路设计时需要更多的外部输入，单独的控制一个按键需要浪费很多的IO资源，所以就有了矩阵键盘，常用的矩阵键盘有4*4和8*8,其中用的最多的是4*4。

组成结构，在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 17:13

薄膜键盘
是薄膜开关范畴的一例，按键较多且排列整齐有序的薄膜开关，人们习惯称之为薄膜键盘。薄膜键盘是近年来国际流行的一种集装饰性与功能性为一体的一个操作系统。由面板、上电路、隔离层、下电路四部分组成。薄膜键盘外形美观、新颖，体积小、重量轻，密封性强。具有防潮、防尘、防油污、耐酸碱、抗震及使用寿命长等特点。广泛应用于，医疗仪器，计算机控制，数码机床，电子衡器，邮电通讯，复印机，电冰箱，微波炉，电风扇，洗衣机，电子游戏机等领域。

优点
1.外形美观、新颖；
2.体积小、厚度薄、重量轻、更有利于笔记本型电脑键盘向轻、薄、短、小和　高智能化方向发展。
3.防潮、防尘、防油污及有害气体，密封性强、耐酸碱抗震。
4.使用寿命长、耐弯折。

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 17:32

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 17:41

识别方法
这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。

一、行扫描法，又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法。
1、判断键盘中有无键按下将全部行线Y0-Y3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。
2、判断闭合键所在的位置在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。

二、高低电平翻转法
首先让P1口高四位为1，低四位为0。若有按键按下，则高四位中会有一个1翻转为0，低四位不会变，此时即可确定被按下的键的行位置。然后让P1口高四位为0，低四位为1。若有按键按下，则低四位中会有一个1翻转为0，高四位不会变，此时即可确定被按下的键的列位置。最后将上述两者进行或运算即可确定被按下的键的位置。

实际上，键盘、显示处理是很复杂的，它往往占到一个应用程序的大部份代码，可见其重要性，但说到，这种复杂并不来自于单片机的本身，而是来自于操作者的习惯等等问题，因此，在编写键盘处理程序之前，最好先把它从逻辑上理清，然后用适当的算法表示出来，最后再去写代码，这样，才能快速有效地写好代码。

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 17:51

柔性薄膜键盘
是薄膜键盘的典型形式。这类薄膜键盘之所以称为柔性，是因为该薄膜键盘的面膜层、隔离层、电路层全部由各种不同性质的软件薄膜所组成。柔性薄膜键盘的电路层，均采用电器性能良好的聚酯薄膜(PET)作为开关电路图形的载体。由于聚酯薄膜所具有性质的影响，使得该薄膜键盘具有良好的绝缘性、耐热性、抗折性和较高的回弹性。开关电路的图形，包括开关的联机及其引出线均采用低电阻，低温条件下固化的导电性涂料印刷而成。因此，整个薄膜键盘的组成，具有一定的柔软性，不仅适合于平面体上使用，还能与曲面体配合。柔性薄膜键盘引出线与开关体的本身是一体的，在制作群体开关的联机时，将其汇集于薄膜的某一处，并按设计指定的位置和标准的线距向外延伸，作为柔软的、可任意弯曲的、密封的引出导线与整机的后置电路相连。

平面立体薄膜键盘
一种使开关键体微微凸起，略高于面板，构成立体形状的薄膜键盘，称为立体键开关。立体键不仅能准确地给定键体的范围，提高辨认速度，使操作者的触觉比较敏感，同时还增进了产品外观的装饰效果. 立体键的制作，必须在面板的设计阶段就要作好安排，备有工艺孔，以便在模具压制时有精确的定位，其立体凸起的高度一般不宜超过基材厚度的两倍。为美观产品的外观，凸起薄膜键盘的凸起可有多种变化。

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 18:23

模块参数
接触电阻为500
绝缘电阻100M
关键操作力150-200N
回弹时间1（ms）
寿命1亿（次）
工作温度60

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 18:26

1.电子特性：
额定电流：35V（DC），100mA，1W
接触电阻：10Ω~500Ω
（根据引线长度的不同而不同于所用材料的引线长度）
绝缘电阻：100MΩ100V
介电强度：250VRms（50~60Hz 1min）
电击抖动：<5ms
寿命：触觉类型：≥100万次

2.机械性能
工作压力：触感：170~397g（6~14oz）
开关行程：触摸式：0.6~1.5mm

3.环境参数
工作温度：-40至+80
储存温度：-40至+80
温度：从40,90％到95％，240小时
振动：20G，最大（10~200Hz，Mil-SLD-202 M204。条件B）

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 19:30

/*
【Arduino】108种传感器模块系列实验（94）
实验九十四： 4X4薄膜矩阵键盘模块轻触开关模组
*/
#include <Keypad.h>
const byte ROWS = 4;
const byte COLS = 4;
char keys[ROWS][COLS] = {
{'1','2','3','A'},
{'4','5','6','B'},
{'7','8','9','C'},
{'*','0','#','D'}
};
byte rowPins[ROWS] = {9, 8, 7, 6};
byte colPins[COLS] = {5, 4, 3, 2};
Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS );
void setup(){
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
char key = keypad.getKey();
if (key != NO_KEY){
Serial.println(key);
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 19:32

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 20:16

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 20:17

ID:513258 · 发表于 2019-8-19 20:50

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