來源 | EEPW論壇

作者 | ElectronicW1a

本文將詳細講述在之后課程中所使用到的各種傳感器以及相關的模塊，以及各種Arduino的開發工具，如果以后碰到模塊或者開發工具有關的問題，可以隨時翻看這篇文章以幫助自己回憶在后面所遇到的相關問題。

在之前的文章中，提到過有不少公司同Arduino合作制作同Arduino相關的外圍傳感器以及各種模塊，比如說像EELEGOO, UCTRONICS, DFROBOT等公司。如果進行Arduino的各種基礎課程學習，基本上都是關于研究學習如何使用這些模塊的。雖然各種公司生產的某些型號的模塊可能不太一樣，但是一般化的學習套件基本上都包括這些模組。因為不少資料之中缺乏中文的相關資料，所以有必要對這些模組進行大致的介紹(包括圖片和原理)，可以在以后的講座中，按圖索驥一一對照查找所需要的相關模塊。

01

830 Tie-Points 面包板

面包板

面包板，這個元器件大家都很熟悉了，但是對于從來沒接觸過的人還是要給個圖做一下基本了解，基本把所有的杜邦線接在上面再連接到Arduino控制器上面就可以搭建任何基礎電路了。然后它的基礎結構是中間橫著接可串聯，兩邊豎著接可串聯。如下圖所示，需要注意的一點就是在兩邊的兩條線路中，一般用紅線接電源，藍線接地。

面包板結構

02

跳腳線與杜邦線

跳腳線與杜邦線

杜邦線和跳腳線的區別基本上就是杜邦線是一捆跳腳線，跳腳線分公對公頭，公對母頭，母對母頭；杜邦線也是如此。因為一般的Arduino Mega控制板都給出的為母頭引腳。所以用什么線取決于傳感器給出的引腳，有些會是公頭，有些會是母頭。而杜邦線則用在類似于LCD液晶顯示器的元器件上面，因為有一排引腳需要連接。

03

LCD1602液晶數字顯示模塊

LCD液晶顯示模塊

在對各種傳感器進行數據讀取以及測量的時候，如果需要一個外置屏幕來顯示的話，最合適的選擇就是LCD液晶數字顯示模塊。該模塊有16個引腳，使用時一般需要外接一個10kΩ的點位計。連接方式也比較復雜，會在后面的系列課程中講到。

04

Arduino Mega 2560拓展板

Arduino Mega 2560拓展板

Arduino Mega 2560拓展板可以被用來在其上面焊接小型的電子器件，或者放置一個微型面包板來進行快速的項目測試。

05

RC522 RFID射頻識別模塊

 

RC522 RFID射頻識別模塊

以上這款RFID射頻識別芯片的原理類似于我們經常使用的門禁卡和鑰匙扣。可以通過將鑰匙扣和白色的卡片放置于RFID芯片有信號標識的地方進行識別，從而進行信號讀取。

06

電源供應模塊

電源供應模塊

可以將這個電源模塊插入如圖1所示的面包板當中，它的用途主要是一些其他傳感器需 要外接的電源，或者當Arduino的5V或者3.3V電壓輸出完全被占用時，可以使用這個外接電源給予電力供應。

07

GY-521 重力加速計

重力加速計

重力加速計可以用來進行慣性測量單元的傳感器(IMU)。該款傳感器主要用于自動平衡機器人，無人機，以及智能手機等儀器。它的具體工作機理同它在x,y,z軸的偏移方向和偏移量有關，具體會在專題中講到。

08

SG-90 伺服電機

伺服電機

伺服電機的內部的齒輪電動機只能轉動180°，一般用在機器人制作等領域。

09

步進電機

步進電機

步進電機是一種可以將電脈沖轉化為間斷性機械運動的儀器。當這個電機收到一個脈沖信號時，其所驅動的步進電機會沿著一個固定角度旋轉。

10

ULN2003 步進電機控制模塊

步進電機控制模塊

步進電機一般需要和一個驅動模塊才能運行，所以和驅動模塊相連接的模塊一般如上圖所示，白色的插排需要和步進電機的排母連接。IN1~IN4為步進電機的信號輸入端。側面兩插排為電源的輸入端以及接地端(輸入電壓一般為5~12V) 。

11

帶葉扇的直流電機

直流電機模塊

直流電機基本和大家小時候玩過的馬達是一樣的，唯一的區別是這個馬達帶有一個微型風扇(方便觀察馬達的轉動方向)，還有兩根杜邦線焊在馬達的電極上。

12

薄膜式開關模塊

薄膜式開關模塊

薄膜式開關可以做一些計算或者游戲的控制器，手感比較柔軟，按鍵很有觸感。一共有8個引腳，可以用杜邦線的公頭連接。

13

紅外線接收模塊與遠程遙控器

紅外線接收模塊與遠程遙控器

這兩個組件的作用如同在家的電視遙控器一樣，紅外線接收模塊的作用是為了接收遠程遙控器所發出的信號的。

14

各種顯示模塊的簡單介紹

除了先前介紹的LCD顯示器之外，Arduino還有不少LED顯示器同樣可以用作不同的顯示用途。A-1，A-2中的單數字和四數字7分段(劃分數字8需要7段) 顯示器是專門為了顯示數字而使用的。A-3的顯示器是為了顯示條形圖案(類似于能量條)而設計的。A-4是可以用來作類似于點陣的顯示，根據信號輸入可以顯示字母，數字，或者各種不同的圖案等等。

15

各種控制\緩存\計時模塊的簡單介紹

在不少Arduino的套件中，經常可以至少看到以上四種模塊之中的至少三種。B-1, L293D以及B-3，L9110H DC motor driver一般都是用來控制直流電機(如圖15所示) 的。L9110H一般可以控制一個電機，而L293D可以同時控制兩個。

74HC595IC是一個8位串行輸入，平行輸出的位移緩存器：平行輸出為三態輸出。在有些比較簡單的情況下可以控制上文中的LED模塊。這個模塊的機制比較復雜，會在具體使用的時候詳細介紹。

NE555 除了計時器功能外，還可以當做分頻器，比較器，基本R-S觸發器，排除管等使用。具體使用具體介紹。

16

主動蜂鳴器與被動蜂鳴器

蜂鳴器一般可以用來發出聲音，用來示警甚至播放音樂。如圖16,17所示，區分這兩者的方法是把它們的下端翻過，查看其是否有綠色，無源蜂鳴器下方為綠色，有源蜂鳴器會被黑膠封住，為黑色。

17

10kΩ電位計

在Arduino學習包里包含的電位計也一般有以上三類，其中建議使用第I,II類。第三類需要焊接比較麻煩。電位計的一般用途是和LCD顯示器相連接，需要調節其背景亮度。

18

人體紅外傳感器

 

人體紅外傳感器

這款傳感器相較于其他傳感器比較復雜，而基本的作用就是當人或者動物散發熱量經過的時候，會導致其內部的被動式紅外探測器探知周圍生物發出的熱量，發出一個正脈沖信號；當周圍沒有生物散發的熱量時，發出一個負脈沖信號，兩種波的改變會被探知，從而給串口反饋周圍是否有散發熱量的人或動物。探測距離大概在3~7m。

19

聲音傳感器模塊

聲音傳感模塊

聲音傳感模塊可以探知周圍聲音強度，可以被用在安防，監控等項目上。當其收到聲音時，會將信號傳出到微控制器上處理。

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水位傳感器模塊

水位傳感模塊

水位探測模塊在使用時可以直接將其置于水中，即可給微控制器不同的值反饋。可以用作探測降水，水位測量，液體泄漏探測等模擬項目。

21

超聲探測器

超聲探測器

超聲探測器由一個聲波輸出模塊和一個聲波接收模塊組成，可以用作測距及避障等功能。該傳感器的測距范圍一般為2cm~400cm。射出的聲波有一個固定的****和接收角度，超出該角度則無法收到信號。

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DS3231 時鐘模塊

時鐘模塊

DS3231 RTC 時鐘模塊是一個非常準確的實時時鐘 (Real time clock， RTC) ，遵守I2C協議。可以準確的顯示年月日，時分秒等準確信息。可以和LCD顯示器配合使用。

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旋轉編碼器模塊

旋轉編碼器模塊

旋轉編碼器是一個可以精確測量電機的旋轉角度，并且可以將這種角度位置以及運動轉化為模擬或者數字信號的裝置，一個常見用途是用它來控制步進電機 (如圖13)。

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溫濕度模塊

溫濕度模塊

DHT 11 溫度以及濕度模塊是一個集成化傳感器，可以同時測量并且轉換周圍環境溫度及濕度的信號。這款傳感器之內一般包括一個濕度電阻元件，以及一個負溫度系數 (NTC)溫度測量器件，這兩個元件與一個高性能的8位微控制器相連接。

25

操縱桿模塊

操縱桿模塊

操縱桿模塊有點類似于我們平時玩的街機游戲的操作桿，將操作桿視為一個平面的話，可以沿著這個平面任意的x,y方向360°旋轉。下壓類似于按鈕，可確定。所有的移動和確定功能均為模擬信號，而它的實際作用則就是為了模擬某些類似于游戲的項目而設計的。

26

5V繼電器

5V繼電器

 繼電器的基礎原理類似于一個電力開關。最基礎的應用則同普通的繼電器類似，可以用它來連接或者斷開一個電路。

27

其他基礎元器件

• 電阻 (C-1)

• 熱敏電阻 (C-2)

• 二極管整流器 (C-3)

• 100μF/10μF 電解質電容器 (C-4)

• NPN晶體管——PN2222 (C-5)

• NPN晶體管——S8050 (C-6)

• SW-520D 傾斜球傳感器 (C-7)

• 按鈕 (C-8)

• 22pF/104pF陶瓷電容 (C-9)

• 光敏電阻 (C-10)

• RGB LED燈泡 (C-11)

• 各色LED燈泡 (C-12)

在所有上述的這些小套件之中，想必大家至少對于電阻(C-1)，以及LED(C-12)燈泡比較熟悉吧。

而LED燈泡也有著各種各樣的顏色，例如白色，紅色，綠色等等，一般情況下一種顏色的LED燈只發一種光。而圖(C-11)中所示的RGB LED燈泡，相當于把幾個單色LED合成為了一個。可以按照紅，綠，藍的順序變化，也可以按三色的比例去調節顏色。

熱敏電阻(C-2)，其阻值隨著溫度而變化。熱敏電阻的阻值隨著溫度變化會有著幾百歐姆的變化。熱敏電阻可以被用來測量溫度，也可以用來制作重置保險絲。

二極管整流器(C-3)，一般可以將交流電轉化為直流電。發光二極管(即LED燈泡)的原理本質和其類似。而在Arduino的應用中，可以用來制作整流器，邏輯門等。

電解質電容器(C-4)，以及陶瓷電容(C-9)本質上也都是一種元器件。陶瓷電容的容量一般都比電解質電容小。它的一般用途可以用來做一些儲能或者信號過濾的小實驗。

NPN晶體管——PN2222型(C-5) 以及——S8050型(C-6), 本質都是一種晶體管，另外一個名字叫做雙極性晶體管 (BJT)，一般都被當做邏輯門和擴大器使用。

傾斜球傳感器(C-7)可以用來偵測物體的旋轉和傾斜角度。可以被用在有些小玩具上面。

按鈕開關(C-8)可以用來直接連接或者閉合一個電路。

光敏電阻(C-10)可以用來探測光線強度的變化，當光線變強時其電阻阻值會急劇增大。可以用來制作對于光照敏感的傳感器等。

結 語

以上大概介紹了有50多種傳感器及基本元器件，市面上絕大多數Arduino的學習套件基本都會包括這些套件以及傳感器。其中有些沒有介紹的還包括Arduino提供的USB數據線、外接電源等。

上述器件中有些傳感器原理十分簡單，易于使用，而有些傳感器的原理十分復雜，本文只作了簡單描述，會在使用時具體講解。