Arduino傳感器–ROHM傳感器評(píng)估套件概覽

這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。

我們利用此套件中的接近傳感器完成了一個(gè)非常好玩的項(xiàng)目，具體內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊閃光萬(wàn)圣節(jié)面具項(xiàng)目。

ROHM Sensor Shield（ROHM傳感器開(kāi)發(fā)板）是一種兼容Arduino的擴(kuò)展板，旨在幫助用戶快速將各種傳感器添加到自己的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中。憑借其直觀的布局和緊湊性，該開(kāi)發(fā)板成為初學(xué)者和高級(jí)Arduino愛(ài)好者的絕佳原型制作工具。

Sensor Evaluation Kit（傳感器評(píng)估套件）配備了ROHM傳感器開(kāi)發(fā)板和8種不同的ROHM傳感器：加速度傳感器、氣壓傳感器、地磁傳感器、環(huán)境光/接近傳感器、顏色傳感器、霍爾傳感器、溫度傳感器和 紫外線傳感器。

有關(guān)傳感器開(kāi)發(fā)板和每個(gè)傳感器的詳細(xì)文檔，請(qǐng)參閱https://www.rohm.com/web/global/sensor-shield-support，該網(wǎng)頁(yè)還為您提供了各個(gè)傳感器所需的Arduino庫(kù)的下載鏈接。評(píng)估套件包裝中的用戶手冊(cè)對(duì)傳感器開(kāi)發(fā)板與傳感器的配合使用進(jìn)行了說(shuō)明，該用戶手冊(cè)的電子版也可在該網(wǎng)站上找到。

在本文中，我們將概述一下傳感器開(kāi)發(fā)板的設(shè)置和首次使用情況，然后利用開(kāi)發(fā)板和其他器件展示一個(gè)簡(jiǎn)單的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。

圖1 ROHM傳感器開(kāi)發(fā)板（右上方）以及8種不同傳感器/@CoreStaff

該開(kāi)發(fā)板有兩個(gè)功能特別突出。首先，開(kāi)發(fā)板允許用戶同時(shí)處理多個(gè)傳感器。對(duì)于涉及兩種獨(dú)立傳感形式的項(xiàng)目，用戶可以一次性對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體原型設(shè)計(jì)，而不必分多個(gè)步驟進(jìn)行。很方便，是吧？

圖2 多個(gè)傳感器同時(shí)插到傳感器開(kāi)發(fā)板上
（圖中連接了溫度傳感器和接近傳感器/環(huán)境光傳感器）

其次，不同的傳感器可以直接插入開(kāi)發(fā)板。這使原型制作更加緊湊，并使大型項(xiàng)目更易于管理。由于Analog（模擬）、GPIO和I2C通信連接都是在開(kāi)發(fā)板PCB內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的，因此無(wú)需連接多個(gè)跳線。

我們以I2C協(xié)議為例進(jìn)行說(shuō)明。一個(gè)獨(dú)立的I2C傳感器與Arduino通信至少需要四根單獨(dú)的連線（SDA、SCL、電源和地）以及SDA和SCL線上的2個(gè)上拉電阻。而使用傳感器開(kāi)發(fā)板，用戶僅需將等效的ROHM傳感器插到開(kāi)發(fā)板上的一個(gè)I2C接口即可。

傳感器開(kāi)發(fā)板的長(zhǎng)邊處有一排公插針。大多數(shù)針腳可以用來(lái)配置各種硬件中斷。作為初學(xué)者，我們將僅關(guān)注板子邊緣標(biāo)有1.8V、3V和5V的前三行。這三個(gè)引腳表示所連接傳感器的電壓設(shè)置。某些傳感器需要特定的工作電壓，因此需要選擇不同的電壓設(shè)置。要選擇相應(yīng)電壓，用戶必須用跳線跨接相應(yīng)電壓電平的那對(duì)針腳。圖3展示了用跳線選擇3V電壓的示例。

圖3 用跳線選擇3V電壓

在開(kāi)發(fā)板上兩條Arduino連接排母之間，有八組不同的母排針接口（虛線框內(nèi)）。這八組母排針用來(lái)連接不同的傳感器。

需要注意的是，使用某個(gè)傳感器時(shí)，必須將其插入與傳感器通信方式相符的母排針中，這一點(diǎn)很重要。比如，溫度傳感器的輸出是模擬值，因此，它只能連至標(biāo)有模擬連接的兩組接口中的任何一組。手冊(cè)用鮮明的顏色描述了母排針接口與通信協(xié)議的對(duì)應(yīng)關(guān)系，請(qǐng)參見(jiàn)下圖。

藍(lán)：Analog；紅：數(shù)字GPIO；綠：I2C

測(cè)試溫度傳感器

輸出為模擬值的兩個(gè)傳感器是溫度傳感器和紫外線傳感器。以溫度傳感器為例，要使用這個(gè)傳感器，我們首先必須下載相應(yīng)的名為BD1020HFV（溫度傳感器模塊的名稱）的Arduino庫(kù)。

請(qǐng)打開(kāi)庫(kù)隨附的示例程序。請(qǐng)?jiān)趲?kù)include語(yǔ)句下方的程序頂部，將變量 tempout_pin 設(shè)置為值 A2。在void setup()中，BD1020對(duì)象（溫度傳感器對(duì)象）將使用該值進(jìn)行初始化，表示系統(tǒng)會(huì)從模擬引腳2讀取傳感器的輸出值。這意味著我們必須將溫度傳感器模塊連至傳感器開(kāi)發(fā)板上的 Analog_2 排針連接器。

圖4 溫度傳感器連至Analog 2連接器（板右下方）

將示例程序上傳到Arduino并打開(kāi)Serial Monitor（串行監(jiān)視器）。此軟件界面上應(yīng)該會(huì)不斷出現(xiàn)消息，顯示所測(cè)量的當(dāng)前溫度。要測(cè)試傳感器是否按預(yù)期工作，請(qǐng)將手指按到傳感器的金屬觸點(diǎn)上。此時(shí)，監(jiān)視器界面上的消息應(yīng)該會(huì)顯示溫度已經(jīng)升高！

圖5 溫度傳感器金屬觸點(diǎn)的標(biāo)記為“PAD1”

輸出示例如下：“BD1020HFV Temp=23.59 [degrees Celsius], ADC=277”。

“ADC”表示傳感器輸出模擬值（電壓）的整數(shù)轉(zhuǎn)換。

測(cè)試加速度計(jì)

接下來(lái)，我們來(lái)研究一下使用I2C協(xié)議通信的傳感器。此類傳感器包括加速度計(jì)、壓力傳感器、地磁傳感器、環(huán)境光/接近傳感器和顏色傳感器。以加速度計(jì)為例，要使用這個(gè)傳感器，我們首先必須下載名為KX022的相應(yīng)Arduino庫(kù)。

請(qǐng)打開(kāi)這個(gè)庫(kù)提供的示例程序。將加速度計(jì)模塊插到傳感器開(kāi)發(fā)板的任意一個(gè)I2C接口上，并上傳示例程序。您可能需要在程序的第一行（#include語(yǔ)句上方）輸入“#define byte uint8_t”，因?yàn)锳rduino編譯器可能無(wú)法將“byte”識(shí)別為有效數(shù)據(jù)類型。

圖6 加速度計(jì)模塊連至開(kāi)發(fā)板的I2C接口

打開(kāi)Serial Monitor（串行監(jiān)視器）。監(jiān)視器應(yīng)該不斷顯示消息，指示X、Y和Z軸的加速度。三個(gè)軸在加速度計(jì)上用小圖表示。

圖7 加速度計(jì)模塊以及三個(gè)軸向

要測(cè)試加速度計(jì)，請(qǐng)?jiān)谄渲幸粋€(gè)軸向上突然移動(dòng)該模塊。這時(shí)，該方向上的加速度分量會(huì)發(fā)生變化。

輸出示例如下：

“KX022 (X) = -0.02 [g]

KX022 (Y) = -0.00 [g]

KX022 (Z) = 1.00 [g]”

測(cè)試霍爾傳感器

最后，我們來(lái)看一下唯一一種通過(guò)GPIO連接通信的傳感器，即霍爾傳感器?；魻杺鞲衅鲀H檢測(cè)磁場(chǎng)的存在或不存在。因此，它的輸出是數(shù)字信號(hào)：“l(fā)ow（低電平）”表示磁場(chǎng)存在；“high（高電平）”表示沒(méi)有磁場(chǎng)。

在Arduino上，數(shù)字信號(hào)輸入和輸出（簡(jiǎn)稱IO）的工作范圍為5V電平，因此我們必須將跳線移至5V設(shè)置。

圖8.選擇5V電源

要使用這個(gè)傳感器，我們首先必須下載名為BD7411的相應(yīng)Arduino庫(kù)。請(qǐng)打開(kāi)庫(kù)隨附的示例程序。傳感器開(kāi)發(fā)板上標(biāo)有GPIO的數(shù)字輸出傳感器（比如霍爾傳感器）插槽只有一個(gè)。將示例程序上傳到Arduino并打開(kāi)Serial Monitor。如果存在磁場(chǎng)，那么串行監(jiān)視器會(huì)顯示“BD7411G Magnet field Detect!”（BD7411G檢測(cè)到磁場(chǎng)）。

如果您想在自己的項(xiàng)目中使用該傳感器開(kāi)發(fā)板，只需下載并在程序包含所需的傳感器庫(kù)，然后用這些庫(kù)中的不同方法與傳感器進(jìn)行通信即可。您可以參考每個(gè)庫(kù)附帶的示例程序以及該庫(kù)的.cpp和.h源文件，以確切了解如何使用這些方法。

我用不同傳感器及其庫(kù)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)簡(jiǎn)單項(xiàng)目：

1. 當(dāng)霍爾傳感器附近存在磁場(chǎng)時(shí)，點(diǎn)亮LED

圖9 完成的霍爾傳感器項(xiàng)目

元器件：

LED

220? 電阻（限制LED的電流）

跳線

面包板

ROHM 傳感器開(kāi)發(fā)板與霍爾傳感器模塊

Arduino Uno

裝有Arduino IDE的電腦

連接電腦與Arduino Uno的USB電纜

在該項(xiàng)目中，每當(dāng)霍爾傳感器附近存在磁場(chǎng)時(shí)，LED燈亮起。

將傳感器開(kāi)發(fā)板安裝到Arduino的母排針上

將霍爾傳感器模塊插到開(kāi)發(fā)板的GPIO接口上

通過(guò)220Ω電阻將LED的負(fù)極引線連至傳感器開(kāi)發(fā)板的地

將LED的正極引線連到傳感器屏蔽板上的數(shù)字引腳12上

將以下代碼上傳到Arduino：

#include 

int led_pin = 12;

int hallout_pin = 0; // use D0 pin

BD7411 bd7411;

void setup() {

 bd7411.init(hallout_pin);

 pinMode(led_pin, OUTPUT);

}

void loop() {

 int hallout;

 hallout = bd7411.readoutpin();

 if (hallout == 0) {

   digitalWrite(led_pin, HIGH);

 } else

 {

   digitalWrite(led_pin, LOW);

 }

 delay(500);

}

2. 利用Processing畫(huà)出溫度隨時(shí)間變化的曲線

圖10 裝到傳感器開(kāi)發(fā)板的Analog_2接口上的溫度傳感器（右下方）

元器件：

ROHM 傳感器開(kāi)發(fā)板與溫度傳感器模塊

Arduino Uno

裝有Arduino和Processing（https://processing.org/download/）IDE的電腦

連接電腦與Arduino Uno的USB電纜

該項(xiàng)目通過(guò)Processing Sketch繪制一段時(shí)間內(nèi)的溫度曲線。

將傳感器開(kāi)發(fā)板安裝到Arduino的母排針上

將溫度傳感器模塊插到開(kāi)發(fā)板的Analog_2接口上

在Processing中運(yùn)行以下程序：

import processing.serial.*;

Serial arduinoPort;        // The serial port

int currentX = 0;         // horizontal position of the graph

float data = 0;

void setup () {

 

 size(1000, 300);

 arduinoPort = new Serial(this, Serial.list()[1], 9600); //"intercept" serial print messages

 arduinoPort.bufferUntil('n');

 background(0);

}

float oldData =0;

void draw () {

 stroke(0, 255, 0);

 if (currentX++ >= width) //start at the left of the window with a blank screen when the screen has been filled

 {

   currentX=0;

   background(0);

 }

 

 if (Math.abs(data-oldData) < 30) //prevent the program from drawing noise spikes

 {

   line(currentX, height - oldData, currentX++, height - data);

 }

 else

 {

   stroke(0, 0, 0);

   line(currentX, height - oldData, currentX++, height - data);

 }

 oldData = data;

}

void serialEvent (Serial arduinoPort) {

 

 String serialInput = arduinoPort.readStringUntil('n');

 if (serialInput != null) {

   serialInput = trim(serialInput);

   data = int(serialInput);

   

   println(data);

   

   data = map(data, 0, 1023, 0, height);

 }

}

將以下程序上傳至Arduino：

#include 

int tempout_pin = A2;

BD1020 bd1020;

void setup() {

 Serial.begin(9600);

 while (!Serial);

 bd1020.init(tempout_pin);

}

void loop() {

 float temp;

 bd1020.get_val(&temp);

 Serial.println(bd1020.temp_adc);

 

 delay(500);

}

我們利用此套件中的接近傳感器完成了一個(gè)非常好玩的項(xiàng)目，具體內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊閃光萬(wàn)圣節(jié)面具項(xiàng)目。

Rahul Iyer

Rahul是加州大學(xué)洛杉磯分校電氣工程學(xué)院的學(xué)生，愛(ài)好電子和機(jī)器人項(xiàng)目，尤其熱衷于電動(dòng)汽車技術(shù)和輔助機(jī)器人技術(shù)。

審核編輯黃宇