Arduino教程 07 报警器「DFR0100」

【本篇课程内容于 2024年9月20日更新】

>课程配套Arduino器材：Arduino入门套件 DFR0100

这里我们要接触一个新的电子元件——蜂鸣器，从字面意思就可以知道，这是一个会发声的元件。这次做一个报警器，通过连接蜂鸣器到Arduino数字输出引脚，并配合相应的程序就可以产生报警器的声音。其原理是利用正弦波产生不同频率的声音。如果再结合一个LED，配合同样的正弦波产生灯光的话，就是一个完整的声光报警器了。

元件清单

硬件连接

按下图连接图连接，注意本项目蜂鸣器为无源蜂鸣器无正负之分。蜂鸣器的两个引脚分别接到GND和数字口8。

示例代码

输入下面的样例代码，这段代码引自《beginning-arduino》一书。

样例代码6-1：

//项目 - 报警器
float sinVal;
int toneVal;
void setup(){
     pinMode(8, OUTPUT);
}
void loop(){
     for(int x=0; x<180; x++){
          //将sin函数角度转化为弧度
            sinVal = (sin(x*(3.1412/180)));
            //将sin函数角度转化为弧度
            toneVal = 2000+(int(sinVal*1000));
            //用sin函数值产生声音的频率
            tone(8, toneVal);
            //将toneVal给引脚8
            delay(2); 
     }   
}
```

下载程序完成后，你会听到平滑的一高一低的报警声，如同汽车报警器。

代码回顾

首先，定义两个变量：

float sinVal;

int toneVal;

浮点型变量sinVal用来存储正弦值，正弦波呈现一个波浪形的变化，变化比较均匀，所以我们选用正弦波的变化来作为我们声音频率的变换，toneVal从sinVal变量中获得数值，并把它转换为所需要的频率。

这里用的是sin()函数，一个数学函数，可以算出一个角度的正弦值，这个函数采用弧度单位。如图2，当弧度位于区间0~π，也就是角度位于区间0~180度时，sin()值为正。因为我们不想让函数值出现负数，所以设置for循环在0~179之间，也就是0≤x＜180。

for(int x=0; x<180; x++)

函数sin()用的弧度单位，不是角度单位。要通过公式（3.1412/180）将角度转为弧度：

sinVal = (sin(x*(3.1412/180)));

这样sinVal的值将会根据角度的变化产生像波浪一样的起伏，之后，将这个值转变成相应的报警声音的频率：

toneVal = 2000+(int(sinVal*1000));

这里有个知识点——浮点型值转换为整型。
sinVal是个浮点型变量，也就是含小数点的值，而我们不希望频率出现小数点的，所以需要有一个浮点值转换为整型值得过程，也就是下面这句语句就完成了这件事：

int toneVal;

把sinVal乘以1000，转换为整型后再加上2000赋值给变量toneVal，现在toneVal就是一个适合声音频率了。
之后，我们用tone()函数把生成的这个频率给我们的蜂鸣器。

tone(8, toneVal);

下面我们来介绍一下tone相关的三个函数

1. tone(pin,frequency)
   Pin都是指连接到蜂鸣器的数字引脚，frequency是以Hz为单位的频率值。
2. tone(pin,frequency,duration)
   第二个函数，有个duration参数，它是以毫秒为单位，表示声音长度的参数。像第一个函数，如果没有指定duration，声音将一直持续直到输出一个不同频率的声音产生。
3. noTone(pin)
   noTone(pin)函数，结束该指定引脚上产生的声音。

硬件回顾

蜂鸣器

蜂鸣器其实就是一种会发声的电子元件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器区别

压电式蜂鸣器是以压电陶瓷的压电效应，来带动金属片的振动而发声。当受到外力导致压电材料发生形变时压电材料会产生电荷。电磁式的蜂鸣器，则是利用通电导体会产生磁场的特性，通电时将金属振动膜吸下，不通电时依振动膜的弹力弹回。不太明白也没太大关系，不影响我们使用。压电式蜂鸣器需要比较高的电压才能有足够的音压,一般建议为9V以上。电磁式蜂鸣器用1.5V就可以发出85dB以上的音压了，但消耗电流会大大的高于压电式蜂鸣器。所以还是建议初学者使用电磁式蜂鸣器。

有源蜂鸣器和无源蜂鸣器区别

无论是压电式蜂鸣器还是电磁式蜂鸣器，都有有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种区分。
有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的根本区别是输入信号的要求不一样。这里的“源”不是指电源，而是指振荡源，有源蜂鸣器内部带振荡源，说白了就是只要一通电就会响。而无源内部不带震荡源，所以如果仅用直流信号无法使其响，必须用2K-5K的方波去驱动它。
从外观上看，有源无源的区别在于，有源蜂鸣器有长短脚，也就是所谓正负极，长脚为正极，短脚为负极。而无源蜂鸣器则没有正负极，两个引脚长度相同。

在套件中，我们为初学者选用的蜂鸣器类型是无源蜂鸣器，可以演奏出不同的音乐效果。
蜂鸣器的应用有很多，我们也可以就蜂鸣器做一些好玩的东西，比如常见的会结合蜂鸣器的有，红外传感器，超声波传感器，用于监测物体靠近报警。温度传感器，测到温度过高报警。气体传感器，有气体泄漏报警等等。除了报警，还可以用来作为乐器，通过不同频率，调成乐谱的不同调式，是不是很amazing？

课后练习

1. 结合红色LED灯做一个完整的报警器。
   提示：可以让LED也随着sin函数变化，使声音与灯光节奏保持一致。

2. 结合【交通信号灯】中介绍的按钮，做个简易门铃的效果，每次按下按钮，蜂鸣器发出提示音。

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示例代码.rar

第二个小作业：
结合项目4我做出来了按一下按键后报警同时亮灯，但是我有两个小问题想请教一下
1. 报警完之后我想要buzzer静音，所以设置了tone（8，0），可是蜂鸣器还是会响。
2.代码要怎么改才能实现灯还有buzzer触发n轮？ 具体点就是从报警器从最小声到最大到最小声响三遍。
附我改写的代码：

float sinVal;
int toneVal;
int ledVal;
int button=10;//pin for button
int presstime=5000;
unsigned long changeTime;//time after press the button

void setup(){
    pinMode(8,OUTPUT);//buzzer引脚
    pinMode(9, OUTPUT);//Led引脚
    pinMode(button,INPUT);//按键引脚
}

void loop(){
    int state = digitalRead(button);
     //检测按钮是否被按下，并且是否距上次按下后有3秒的等待时间
     if(state == HIGH && (millis() - changeTime)> 3000){
                //调用变灯函数
               changeLights();
       }
}
void changeLights(){
    for (int x=0;x<180;x++){
        sinVal=(sin(x*(3.14/180)));
        toneVal=2000+(int(sinVal*1000));
        tone(8, toneVal);
        ledVal=int(sinVal*200);
        analogWrite(9, ledVal);
        delay(20);
    }
    changeTime = millis();
    tone(8,1);
    analogWrite(9,0);
}
复制代码

/*1、结合红色LED灯做一个完整的报警器。
提示：可以让LED也随着sin函数变化，使声音与灯光节奏保持一致。
*/
int ledPin=10;
int buzze=8;
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(ledPin,OUTPUT);
  pinMode(buzze,OUTPUT);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:

float sinVal;
int toneVal;
int ledVal;

     for(int x=0; x<180; x++){
            //将sin函数角度转化为弧度
            sinVal = (sin(x*(3.1412/180)));
            //用sin函数值产生声音的频率
            toneVal = 2000+(int(sinVal*1000));
            //led输出值
            ledVal = 55+(int(sinVal*200));
            //给引脚8一个
            tone(buzze, toneVal);
            analogWrite(ledPin,ledVal);
            delay(2); 
     }   
}
复制代码

课后第一题  红灯和蜂鸣器

int node = 8;
int led = 7;
float sinVal;
int toneVal;


void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(node,OUTPUT);
  pinMode(led,OUTPUT);
}

void loop() {
  for(int i = 0; i < 180; i++){
    sinVal = (sin(i*(3.14/180)));
    toneVal = 1000 + (int(sinVal*(1000)));
    tone(node,toneVal);
    if(i <= 90){
      digitalWrite(led,HIGH);
    }else{
      digitalWrite(led,LOW);
    }

    delay(2);
  }
}
复制代码

步骤6第一个我已经完成，代码如下：

float sinVal;
int toneVal;
int ledVal;

void setup(){
    pinMode(8,OUTPUT);
    pinMode(9, OUTPUT);
}

void loop(){
    for (int x=0;x<180;x++){
        sinVal=(sin(x*(3.14/180)));
        toneVal=2000+(int(sinVal*1000));
        tone(8, toneVal);
        ledVal=int(sinVal*200);
        analogWrite(9, ledVal);
        delay(20);
    }
}
复制代码

但是联线的时候发现一个问题， LED的ground必须接在arduino uno上方的GND，如果使用prototyping shield也必须接在那里。如果接在prototyping 右边红色部分的GND，灯是不会亮的。
请问一下这是怎么回事啊？
谢谢 ！

snakeqx 发表于 2014-6-26 19:27
步骤6第一个我已经完成，代码如下：

晕，我看错了，prototyping shield右边红色部分是5V输出，黑色部分才是GND.。。。
抱歉。

snakeqx 发表于 2014-6-26 19:31
晕，我看错了，prototyping shield右边红色部分是5V输出，黑色部分才是GND.。。。
抱歉。 ...

解决问题就好~

买的配件里的是无源蜂鸣器。。。

顶一个，好好学习

半水 发表于 2015-1-30 20:38
买的配件里的是无源蜂鸣器。。。

是的 蜂鸣器有变动，不过不影响使用的

snakeqx 发表于 2014-6-26 19:27
步骤6第一个我已经完成，代码如下：

我想问一下  ledVal=int(sinVal*200) 怎么保证ledVal的值在0到255之间  

snakeqx 发表于 2014-6-26 19:27
步骤6第一个我已经完成，代码如下：

看了您的代码才明白基于过程的实现方法。我一直在想LED和蜂鸣器同时工作需要多线程来处理呢。

pinmode 9也输出了，是不是要在硬件电路接一个灯？还是？

xuexideyang 发表于 2016-1-30 12:10
pinmode 9也输出了，是不是要在硬件电路接一个灯？还是？

样例代码没有用到9，只用了Pin 8

警报真的好难听，弄个小曲儿

float sinVal;
int toneVal;
static int times = 0;
int diaodiao[9] = {262,294,330,349,392,440,494,523,478};  //网上能搜到音律的赫兹数,用数组保存
char SUNANA[128]="123556531233212.123556531233221.44466655312.123556531233221";   //随便搜个曲子，用字符数组保存
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(10, OUTPUT);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  goSing(SUNANA);
}
void goSing(char *music){
  for(int i=0;i<128;i++){
    int index = music[i]-48;     //ascii码里字符 '1'= 49，所以需要减去48
    if(index >0 && index <10){
      tone(10, diaodiao[index],200);    //发出声音，200毫秒持续时间
    }else{
      delay(500);
    }
    
    if(music[i] == 0){       //由于C语言数组默认是0，所以遇到0就break（跳出循环）
      break;
    }
    delay(200);
  }
     
}
//整体还有些问题，就是tone这个函数，只有赫兹数变化才会发声，比如do ri，如果是dodo，就会发一个，希望哪位大神能指导小弟。
复制代码

怎么看不到图啊

还有一个问题想要请教下我该怎么操作才能插入代码框==我弄了好一会儿还是弄不出来，发出来的代码看起来丑丑的

看不见图怎么办？

颖丸子 发表于 2017-3-21 14:43
看不见图怎么办？

或者你看这个吧 。https://www.dfrobot.com.cn/images ... 129112804mdoxsq.pdf

undercoldwater 发表于 2017-3-14 16:00
第二个小作业：
结合项目4我做出来了按一下按键后报警同时亮灯，但是我有两个小问题想请教一下
1. 报警完之 ...

关闭蜂鸣器声音，noTone(pin)

请问硬件搭建的电路图怎么没有显示？

xxlll66 发表于 2017-2-22 18:15
怎么看不到图啊

恢复得创造力？