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Arduino教程中级 前奏2 是什么让东西“活”起来了

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前奏2  是什么让东西“活”起来了

本系列教程配套硬件套件:新版Arduino中级套件


简单的自动控制装置需要具备哪些元素

我们用Arduino做的小制作都可以称为是一个简单的自动控制装置。一个简单自动控制的装置,通常会有三个元素,输入、控制和输出。输入设备来搜集信号,控制器对接收到的信号进行处理、最后再由输出设备输出信号。我们以人来说,五感就是输入信号,把信号送到大脑,大脑再做出反应,输出的就是人的行为。

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而在Arduino的世界里也同样有输入、控制与输出。Arduino的五感是通过各式各样的传感器来实现的。Arduino控制器好比是人的大脑,来反应和处理信号。最后输出主要有声、光(Led)、动(直流电机、舵机)等表现形式。
做个简单的比喻吧!有个人叫你,你随即就回答:“听到了”。这里,你的耳朵就是输入设备,你的大脑就是控制设备,嘴巴就是你的输出设备。那整个过程我们如何通过Arduino来实现呢?
最简单的,通过一个声音传感器,一听到有声音,Arduino就会接受到一个信号,然后,Arduino就让蜂鸣器“吱”一声表示回答。来分析下,这里,声音传感器就是输入设备,Arduino就是控制设备,最后蜂鸣器就是输出设备。

思考:能否识别出套件中哪些可做输入设备,哪些可做输出设备?

输入设备 – 传感器
传感器是一种物理装置或生物器官,能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾),并将探知的信息传递给其他装置或器官。传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式,所以不少学者也用“换能器-Transducer”来称谓“传感器-Sensor”。

传感器的接口
传感器接口分为三种,先了解下,分为:
Ø  数字接口
Ø  模拟接口
Ø  协议接口(数字)
    协议接口也是数字接口的一种,常用的有I2C,Serial,SPI。

控制设备 – Arduino
   不用多说,控制设备就是Arduino的控制器。我们这里选用的是Arduino UNO。前面说了控制器好比人的大脑的作用,用来处理事情。

输出设备 – 执行器
执行器也有很多种,最常见的是“动”。好比人的动作,任何动作我们需要借助电机来完成。有了电机才能让东西“动”起来。其他的还有“声音”,“光”表现形式。蜂鸣器和喇叭就可以实现声音的输出。

代码与硬件之间的关系
    前面说的输入设备、控制器、输出设备都是指硬件。固然重要,就像人的躯体。那人的思想是不是更重要,思想才是控制人行为的根源。大脑其实就是思想的载体,两者缺一不可的。有没有联想到Arduino中了?代码的作用就是思想的作用。虽然我们有控制器,但它不知道怎么去做,需要我们告诉它,而我们告诉它的方式就是通过代码。知道代码的重要性了吗?

电子世界的“数字”与“模拟”
前面说了,输入设备需要采集信号,再把这个信息给到Arduino,Arduino再给信号输出设备。三个设备之间通过信号联系在了一起。代码是处理这些信号的。下面了解下电子世界的信号是怎么样的?输入设备与控制器是以什么形式“交流”的呢?同样控制器又是怎么与输出设备“沟通”的呢?这里我们需要知道电子世界的两种“语言”——数字信号与模拟信号。
   
    电子世界的数字与模拟与我们平常说的数字与模拟不同。这里的数字,并不是代表的阿拉伯数字的意思。这里的模拟,也不是我们日常认为的真实事物的虚拟。这里需要你颠覆对数字与模拟原有的概念,电子世界将给你一个新的诠释。不要问为什么,因为这已经成为了约定俗成的东西了。

数字信号与模拟信号的区别

说下模拟信号与数字信号的区别:
数字(Digital Signal): 只有2个值(0V和5V)。运用在Arduino中,就是高(HIGH)或者低(LOW),“HIGH”是“1”,对应为5V。“LOW”是“0”,对应为0V。
模拟(Analog Signal): 在一定范围内,有无限值。在Arduino中模拟口中,已经将0V到5V之间的值映射为0~1023范围内的值。比如,0对应为0V,1023对应为5V,512对应为2.5V。

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DFRobot中的“数字”与“模拟”

DFRobot套件中,我们有两种方法可以区分传感器为数字还是模拟。
(1)绿色线为数字信号的传感器,蓝色线为模拟信号的传感器。
(2)板子上会印有“D”或者“A”的字样,“D”代表“数字”,“A”代表“模拟”。

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IO 传感器扩展板 V7.1
顺便来介绍下IO传感器扩展板,先看下扩展板的功能图。我们这里主要就是用来连接传感器。


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前面说了DF的传感器会有“D”和“A”的字样。扩展板上也同样有对应的“D”与“A”的字样,对应插上就可以了。

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而IO扩展板的最大的好处之一,就是相对于控制板上的仅限的几个电源接口,扩展板大大了增加了电源接口和GND接口,不用担心,如果连接多个传感器时,会出现电源接口不够用的情况。
在板子上,数字引脚和模拟引脚下面都会有对应一排“红色”排阵,以及一排“黑色”排阵。这就是扩展出来的电源接口。红色排阵是与电源相连的,黑色排阵对应与GND相通。

特别说明下DF中的颜色区分:
绿色:数字信号(Digital Signal)
蓝色:模拟信号(Analog Signal)
红色:电源
黑色:GND
由于这里V7扩展板用到的功能不多,所以就不一一介绍了,感兴趣的可以查看IO 传感器扩展板 V7.1的产品资料库

   这一节主要了解,是什么让东西“活”起来了,整个过程是怎么样的?不仅是需要我们的硬件设备,还需要我们的软件来驱使它来工作。
从下一篇开始,我们动手玩了。


※ 在之后的Arduino学习之旅中,不管你遇到奇奇怪怪的问题,都希望你与我们交流,欢迎登陆我们的DFRobot创客社区!

hnyzcj  超级版主

发表于 2015-8-28 16:39:11

新教程写的很细腻了
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