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[入门教程] 和12岁小同志搞创客开发：如何驱动各类型传感器？

机缘巧合在网上认识一位12岁小同志，从零开始系统辅导其创客开发思维和技巧。

项目专栏：https://blog.csdn.net/m0_38106923/category_11097422.html

传感器检测现实物体的状态并转换输出为电信号，这个电信号可以是：电压、电流、脉冲等多样形式。

根据这些输出类型可以将传感器进行分类，主要包括：数字量输出类型传感器、数字量输入类型传感器、模拟量电压类型传感器、模拟量电流类型传感器和协议类型传感器。

注：本文侧重应用，较为复杂的驱动原理将会在之后的项目中讲解。

1、数字量输出类型传感器
数字量输出类型传感器输出高、低电平信号表示检测状态。例如，人体传感器当有人经过时，数据端口会输出高电平，无人时输出低电平。

驱动数字量输出类型传感器，需要将控制器端口配置为数字输入模式，检测传感器输出电压的变化，驱动按键元器件也是这样的原理。

2、数字量输入类型传感器
数字量输入类型传感器需要控制器输出高、低电平实现开关控制。例如：LED灯，控制器输出3.3V~5V高电平则LED熄灭，控制器输出低电平则LED点亮。

驱动数字量输入类型传感器，需要将控制器端口配置为数字输出模式，输出满足驱动能力的高、低电平，即可实现驱动。

3、模拟量电压类型传感器
模拟量电压类型传感器会随着被检测物体状态变化，输出规定范围内的模拟电压。例如：电容式土壤湿度传感器，随着土壤湿度的变化，会输出0~3V的电压，将土壤湿度传感器插入干燥的沙土，输出约为3V电压，插入湿润的沙土输出约为1.5V左右电压，插入非常潮湿输出约为0V电压。

驱动模拟量电压类型传感器，需要将控制器端口配置为ADC模式，采集传感器输出的模拟电压数据。

4、模拟量电流类型传感器
模拟量电流类型传感器会随着被检测物体状态变化，输出规定范围内的模拟电流。例如：4~20mA电流型温度传感器，假设该温度传感器检测温度范围为：-200~500℃，则当温度为-200℃时，传感器输出电流约为0mA，温度为500℃时，传感器输出电流约为20mA。

需要注意，绝大多数控制器是无法直接输入电流信号的，需要将模拟电流信号转换为合适范围的模拟电压信号，将控制器端口配置为ADC模式，采集传感器输出的模拟电压数据。

5、协议类型传感器
以上四种类型传感器可直接采集输出的电信号，开发者需要再进行转换方可得到感知结果。

协议类型传感器在采集数据后，将电信号直接转换为数据结果，存入寄存器中，开发者无需自己再编程转换，只需要读取通信总线，按照相关协议访问寄存器即可读取结果。

常用的协议类型传感器主要包括：UART通信总线、I2C通信总线、SPI通信总线这三种。

协议类型传感器深究较为复杂，考虑到创客基础较为薄弱，建议先应用实践，熟练使用后再深究原理。

5.1、UART通信总线
通用异步收发器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART。UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信，该总线双向通信，可以实现全双工的发送和接收。

UART通信需要连接三个接口，如下所示：

TXD：数据发送端口；
RXD：数据接收端口；
GND：电源地。

连线时需要将控制器TXD、RXD和传感器TXD、RXD交叉连接，连线效果如下所示：

例如： HuskyLens AI视觉传感器，基于UART通信，连线效果如下所示：

连线成功后即可使用控制器驱动HuskyLens AI视觉传感器。

5.2、I2C通信总线
I2C总线（Inter－Integrated Circuit）是一种简单、双向二线制同步串行总线，只需要两根线即可实现数据通信，如下所示：

SDA：串行数据线，实现数据通信；
SCL：串行时钟线，实现时序同步。

连线时需要将控制器SDA、SCL和传感器SDA、SCL对应连接，连线效果如下所示：

例如，驱动BH1750环境光传感器，需要将控制器SDA、SCL和环境光传感器SDA、SCL对应连接。

连线成功后即可使用控制器驱动环境光传感器。

5.3、SPI通信总线
SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写。是一种高速的，全双工，同步的通信总线。它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时），如下所示：