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[入门] 【报警器】基于Mind+ Ardunio入门教程06

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本帖最后由 DFEDU 于 2019-12-10 10:31 编辑

       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,就是一个完整的报警器了。


所需元件

1×  蜂鸣器                   



硬件连接

按下图连接图连接,注意蜂鸣器引脚正(+),负-)。标有+的引脚接到数字口8,另一个接GND。


6-1报警器连线图



图形化编程

样例程序 6-1:


       下载程序完成后,你会听到一高一低的报警声,如同汽车报警器。



图形化指令学习




代码学习


项目代码如下
[C] 纯文本查看 复制代码
#include <DFRobot_Libraries.h>
// 创建对象
DFRobot_Tone DFTone;


// 主程序开始
void setup() {

}
void loop() {
        DFTone.play(8, 131, 250);
        DFTone.play(8, 523, 250);
}

       Loop中只有一个新的函数,DFTone.Play( )。对应指令
       函数格式如下:



       如果我们希望蜂鸣器能够发出更加多样,和不同时长的声音,就会发现,单单依靠Mind+的图形化编程已经无法满足预期的要求了,“播放音符”指令后对应的节拍表示发音持续时间,在Mind+中可以理解为1拍=1秒。如图,Mind+的发音时长只有几个固定的选项,无法再减小发声时间。


       Mind+的图形指令虽然使用便捷,但是一定程度上牺牲了代码的灵活性,也限制了使用者天马行空的创造力。所以从现在开始,我们将图形化编程这根拐杖放在一旁,只用代码编程完成后续课程的项目,快来感受它的魅力吧!



代码编程


       在手动编辑区输入样例代码6-2
[C] 纯文本查看 复制代码
//项目六 报警器
float sinVal;
int toneVal;
#include <DFRobot_Libraries.h>
// 创建对象
DFRobot_Tone DFTone;

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*(3.1415/180)));
            //用sin函数值产生声音的频率
            toneVal = 2000+(int(sinVal*1000));
            //给引脚8一个
            DFTone.play(8, toneVal,2);
     }   
}
       下载完代码后,我们能够听见蜂鸣器发出由低到高、再由高到低的警报声。不同于之前图形化编程发出较为简单的声音,使用代码能够让输出更具有变化和多样性。



代码学习

       首先,定义两个变量:
[C] 纯文本查看 复制代码
float sinVal;  
int toneVal;  
       浮点型变量sinVal用来存储正弦值,这是由于正弦值有小数。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,toneValsinVal变量中获得数值,并把它转换为所需要的频率。

[C] 纯文本查看 复制代码
#include <DFRobot_Libraries.h>  
// 创建对象  
DFRobot_Tone DFTone;  
       对于库和对象,将在项目十中做详细解释,那时有了几次使用的基础将更容易理解。


[C] 纯文本查看 复制代码
void setup(){  
     pinMode(8, OUTPUT);  
}  
       setup中的函数pinMode()的格式如下:

       这个函数的作用是,来规定某个引脚是作为输入,或是输出,mode的值分别对应INPUT(输入)和OUTPUT(输出)。为什么在Mind+中没有这条指令,是因为它已经被封装在了其他指令中,比如digitalwritepin),当程序运行数字信号输出指令的时候,其实已经使用了pinMod(OUT)指令,但是这一过程没有在代码中体现。


       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。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0~180度之间。

[C] 纯文本查看 复制代码
  for(int x=0; x<180; x++){  
       函数sin()用的弧度单位,不是角度单位。要通过公式将角度转为弧度:

[C] 纯文本查看 复制代码
sinVal = (sin(x*(3.1415/180)));  

       之后,将这个值转变成相应的报警声音的频率:
[C] 纯文本查看 复制代码
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过程,下语句完成了这件事:
[C] 纯文本查看 复制代码
int(sinVal*1000)

       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。
[C] 纯文本查看 复制代码
DFTone.play(8, toneVal,2);  



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,唯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,适合做一些单一的提示音。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,但是无源蜂鸣器比有源蜂鸣器音效更好,适合需要多种音调的应用。

       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电磁式无源蜂鸣器。当然,如果喜欢探究,不妨考虑买一个有源蜂鸣器玩玩,直观感受一下两者的区别。

       蜂鸣器的应用有很多,我们都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啊?



课后作业

1. 在手动编辑中,输入本项目的代码。

2. 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。

3.结合项目三中介绍的按钮,做个简易门铃的效果,每次按下按钮,蜂鸣器发出提示音。


hnyzcj  版主

发表于 2020-6-30 20:56:04

8错
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