【Arduino】108种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）

实验七：旋转电位器模块

电位器实际上就是可变电阻器，由于它在电路中的作用是获得与输入电压(外加电压)成一定关系得输出电压，因此称之为电位器。通常被制造成不管使用多久均能维持原有的特性，若当位置传感器使用，电位计可以是直线或旋转式位置传感器。电位计输出一个电压值，其正比于沿着可变电阻器之滑动器的位置。因为温度变化、磨耗及滑动器与可变电阻器之间的污垢均会造成电阻变化，影响电位计的精度，因此，电位计有太低的准确度。由于材料的发展，特别是在导电性塑料，使得电位计在使用很长时间后仍可以维持原有特性，同时也改进它们的性能。

电位器实际上就是可变电阻器，由于它在电路中的作用是获得与输入电压(外加电压)成一定关系得输出电压，因此称之为电位器。通常被制造成不管使用多久均能维持原有的特性，若当位置传感器使用，电位计可以是直线或旋转式位置传感器。电位计输出一个电压值，其正比于沿着可变电阻器之滑动器的位置。因为温度变化、磨耗及滑动器与可变电阻器之间的污垢均会造成电阻变化，影响电位计的精度，因此，电位计有太低的准确度。由于材料的发展，特别是在导电性塑料，使得电位计在使用很长时间后仍可以维持原有特性，同时也改进它们的性能。

电位器的主要参数有标称阻值、额定功率、分辨率、滑动噪声、阻值变化特性、耐磨性、零位电阻及温度系数等。
1、电位器的标称阻值和额定功率
2、电位器上标注的阻值叫标称阻值。
3、电位器的额定功率是指在直流或交流电路中，当大气压为87~107kPa，在规定的额定温度下。

实验仿真电路图

实验说明：旋转电位器接入Arduino uno 的模拟端口A0，模拟量输出0-5V电压，控制3脚的LED灯从0-235，平滑暗至亮转换。

1. /*
   
2.   【Arduino】37种传感器模块系列实验（7）
   
3.     ---旋转电位器模块
   
4. */
   
5. 
   
6. void setup() {
   
7.   Serial.begin(9600);
   
8.   pinMode(A0,INPUT);
   
9.   pinMode(3,OUTPUT);
   
10. }
    
11. 
    
12. void loop() {
    
13.   analogWrite(3, (map(analogRead(A0), 0, 1023, 0, 235)));
    
14.   Serial.println((map(analogRead(A0), 0, 1023, 0, 235)));
    
15.   delay(200);
    
16. }

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图形编程如图

串口接收到的实验数据

实验八：湿度传感器模块

湿敏电阻是一种对环境温度敏感的元件，它的电阻值能随着环境的相对温度变化而变化。 湿敏电阻器在电路中的文字符号用字母“R”或“RS”表示，其电路图形符号如下。

工作原理
表示空气湿度的方法一般有两种，即绝对湿度和相对湿度绝对湿度是指空气中含水置的绝对值，可用空气中水蒸气的分压来表示。相对湿度是指空气中的水蒸气压与同一温度下的饱和蒸气压之比,用百分数表示。一般常用相对湿度来表征空气的干湿程度。湿敏元件是指对相对湿度敏感的元件，它可以是湿敏电阻器，也可以是湿敏电容器或其它元件。但目前研究得较多的是湿敏电阻器。


湿敏元件一般应满足以下要求：灵敏度高I元件随湿度而变化的物理罱在0〜100%的相对湿度范围内能有规则地重复变化>响应速度快；与温度依赖关系小；能在高温和低温的环境中使用>对湿度以外的各种气氛不灵敏；滞后效应小；小型；制作容易，使用方便，不易损坏，价廉等等。 测量湿度的方法一般用毛发湿度计和千湿球湿度计，由于它们对湿度的变化反应较慢，并还有其它一些缺点，因此湿度自动控制和探空气球等方面不宜使用。而湿敏电阻器具有测量精度较髙并便于使用等优点，所以被广泛应用于各种湿度测量和控制系统中。


湿敏电阻器是一种电阻值随环境相对湿度的变化而改变的敏感元件。它主要由感湿层、电极和具有一定机械强度的绝缘基体组成。感湿层在吸收了环境的水分后，引起两电极间阻值的变化，这样就能直接将相对湿度变换成电阻值。 湿敏电阻器按感湿层所用的材料有很多种，如有氯化裡湿敏电阻器、碳湿敏电阻器、氧化物湿敏电阻器、硫酸钙、獠化物、碘化物、偏磷酸盐等湿敏电阻器和发光湿敏电阻器等。

HR202L小片式湿敏电阻是采用有机高分子材料的一种新型的湿度敏感元件，感湿范围宽，长期使用性能稳定，可以应用于仓储、车厢、居室内空气质量控制、楼宇自控、医疗、工业控制系统及科研领域等广泛的应用。


基本参数
定额电压：1.5V AC (Max,正弦波)
定额功率：0.2mW (Max,正弦波)
工作频率：500Hz～2kHz
使用温度：0～60℃
使用湿度：95%RH以下（非结露）
湿滞回差：≤2%RH
响应时间：吸湿, ≤20S；脱湿≤40S
稳定性：≤1%RH/年
湿度检测精度：≤±5%RH
相对湿度
条件：at25℃ 1kHz 1V AC (正弦波)
湿度： 60%RH
中心值：31 KΩ
阻抗值范围：19.8～50.2 KΩ
湿度检测精度：±5%RH。

模块用途：
湿度检测，湿度传感器，环境湿度检测

模块电原理图

模块特色：
1、工作电压 3.3V-5V
2、设有固定螺栓孔，方便安装
3、配电位器调节温度检测阀值
4、使用宽电压 LM393 比较器
5、采用优质 HR202 湿敏传感器
6、小板 PCB 尺寸：3.2cm x 1.4cm
7、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过 15mA
8、输出形式 ：数字开关量输出（0 和 1）或和AO模拟电压输出（4线）

常见的应用电路

模块接线（3 线制）


1 VCC 外接 3.3V-5V
2 GND 外接 GND
3 DO 小板数字量输出接口（0 和 1）

模块接线（4 线制）


1、VCC 接电源正极 3.3-5V
2、GND 接电源负极
3、DO TTL 开关信号输出
4、AO 小板模拟信号输出（电压信号）

模块仿真实验示意图

模块使用:
1、湿敏传感器模块对环境湿度很敏感，一般用来检测周围环境的湿度；
2、通过对电位器的调节，可以改变湿度检测的阀值（即控制湿度值），如需要控制环境湿度为 60%时，模块则在相应环境湿度调到其绿灯亮，DO 则输出低电平，低于此设定湿度值时，输出高电平，绿灯不亮；
3、DO 输出端可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的湿度改变；
4、DO 输出端也能直接驱动继电器模块，由此可以组成一个湿度开关，控制相关设备在合适的环境下工作；
5、小板模拟量输出 AO 可以和Arduino的AO端相连，通过 AD 转换，可以获得环境湿度更精准的数值（4线才带AO端）。

三线板数字端输入，控制13脚LED灯

1. /*
   
2.   【Arduino】37种传感器模块系列实验（8）
   
3.     ---湿度传感器模块
   
4. */
   
5. 
   
6. void setup() {
   
7.    pinMode(7,INPUT);
   
8.     pinMode(13,OUTPUT);
   
9. }
   
10. 
    
11. void loop() {
    
12.         if (digitalRead(7)) {
    
13.                 digitalWrite(13, LOW);
    
14.         }
    
15.         else {
    
16.                 digitalWrite(13, HIGH);
    
17.                 delay(2000);
    
18.         }
    
19. }

复制代码

图形编程

实验九：火焰（红外线）传感器模块






红外光的基本原理
我们知道，人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外线是波长介于微波和可见光之间的电磁波，波长在760纳米到1毫米之间，是波形比红光长的非可见光。自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度(-273)就存在分子和原子的无规则运动，其表面就会不停的辐射红外线。当然了，虽然是都辐射红外线，但是不同的物体辐射的红外强度是不一样的，而我们正是利用了这一点把红外技术应用到我们实际开发中。

火焰（红外线）接收管
红外接收管内部带了一个具有红外光敏感特征的PN节，属于光敏二极管，但是它只对红外光有反应。无红外光时，光敏管不导通，有红外光时，光敏管导通形成光电流，并且在一定范围内电流随着红外光的强度的增强而增大。它广泛用于各种家用电器的遥控接收器中，如音响、彩色电视机、空调器、VCD视盘机、DVD视盘机以及录像机等。能很好地接收红外发光二极管发射的波长为940nm的红外光信号，而对于其他波长的光线则不能接收，因而保证了接收的准确性和灵敏度。

应用电路

模块用途：
各种火焰、火源探测，红外接收

模块电原理图

模块特色：
1、可以检测火焰或者波长在 760 纳米～1100 纳米范围内的光源
2、探测角度 60 度左右，对火焰光谱特别灵敏
3、灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节）
4、对火焰的探测距离：跟灵敏度和火焰强度有关，一般 1m 以内适用（以打火机火焰测试，半米内能够触发传感器）
5、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA
6、工作电压3.3V-5V
7、输出形式 ：a 能够输出数字信号（高低电平），易于使用
                      b 能够输出模拟信号（电压信号），适合高精度的场合
8、设有固定螺栓孔，方便安装
9、小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm
10、使用宽电压LM393比较器

模块接线说明（3线制）
1、VCC  接电源正极3.3-5V
2、GND  接电源负极
3、DO   TTL开关信号输出

模块接口说明（4 线制）
1、VCC 接电源正极 3.3-5V
2、GND 接电源负极
3、DO TTL 开关信号输出（0和1）
4、AO 小板模拟信号输出（电压信号）

仿真实验示意图

使用说明：
1、火焰传感器对火焰最敏感，对普通光也是有反应的，一般用做火焰报警等用途。
2、模块在环境火焰光谱或者光源达不到设定阈值时，DO 口输出高电平，当外界环境火焰光谱或者光源超过设定阈值时，模块 D0 输出低电平；
3、模块数字量输出 D0 可以与Arduino UNO直接相连，通过Arduino来检测高低电平，由此来检测环境的温度改变；
4、小板数字量输出 DO 可以直接驱动继电器模块，由此可以组成一个火焰开关；
5、小板模拟量输出 AO 可以和Arduino UNO的AO端相连，通过 AD 转换，可以获得环境湿度更精准的数值（4线板才带AO端）；
6、传感器与火焰要保持一定距离，以免高温损坏传感器，对打火机测试火焰距离为80cm，对火焰越大，测试距离越远 ；
7、模块也可以做为红外接收感应器来使用。

实验说明

接好 VCC 和 GND，模块电源指示灯会亮，将模块放置桌面上，在没有火焰光谱情况下，如板子开关指示灯亮，则调节调节蓝色电位器，直到开关指示灯灭；然后对着火焰传感器最前端约 30cm 左右处打开打火机，会发现板上开关指示灯亮，然后然后熄灭打火机，则开关指示灯会灭。这个现象说明，火焰光谱可以触发模块，从而使开关指示灯点亮。火焰模块模块和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作火焰提示灯，利用数字13 接口自带的LED，将火焰传感器接入数字3接口，当火焰传感器感测到有按键信号时，LED 亮，反之则灭。

1. /*
   
2.   【Arduino】37种传感器模块系列实验（9）
   
3.     ---火焰（红外线）传感器模块
   
4. */
   
5. 
   
6. void setup()
   
7. {
   
8.     pinMode(3,INPUT);
   
9.     pinMode(13,OUTPUT);
   
10. }
    
11. 
    
12. void loop() {
    
13.   if (digitalRead(3)) {
    
14.      digitalWrite(13, LOW);
    
15.   }
    
16.   else {
    
17.      digitalWrite(13, HIGH);
    
18.      delay(2000);
    
19.   }
    
20. }

复制代码

图为五路火焰传感器模块，模拟数字双重输出，灭火机器人用。

实验十：敲击传感器模块（KY-031 ）


有机玻璃外壳的敲击头和振动开关类似，只是能感受较小振幅的振动，更灵敏一些，余振的时间能维持稍微久一点点。这个模块简单些，相关资料非常少。