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2017年10月2日 星期一

《入門》寫程式Arduino教學 - 02 : 感測器模組是什麼?、材料介紹(杜邦線、麵包版)

對於沒有電路基礎的人而言,學習 Arduino 做為程式 Coding 的敲門磚是在適合不過的,原因之一為有許多的廠商將很多感測器都作成了模組化的形式,基本上你想的到的或是你在生活中有接觸過的,都已經做成模組方便使用,而這些模組大都支援 Arduino 開發版。

感測器的形式有很多種,在日常生活中也相當常見(如感光器、溫度計、陀螺儀、超商自動門、遙控器開關、手機觸控螢幕... 等等)。所謂的感測器也就是將物理訊號轉換為電子訊號的一個物件,舉例來說冷氣的溫度計。從最一開始的水銀式隨著時代漸漸的發展為電子式,然而這種將溫度轉換為電子訊號的工具就稱為感測器。

至於他是怎樣將溫度轉換為電子訊號的,我們並不在乎,也沒有必要深究(這個部分屬於晶片設計的領域,與 Coding 的關係不大,若真的有興趣可以嘗試著去了解原理,但基本上我們只要知道溫度與電子訊號之間的關係即可)。

所有的感測器都是將物理訊號轉換為 "類比電壓訊號" 、 "電流訊號"、 "數位電壓訊號" 三種,其中常見的是 "類比電壓訊號" 及 "數位電壓訊號",儘管少數感測器會以電流訊號做為輸出量,我們還是會使用硬體電路(如電阻)將其轉換為類比電壓訊號在進行使用。

而類比電壓訊號與數位電壓訊號的不同,則需要學習過後續的章節後,在回頭解釋較好理解。故我們在此只要簡單的知道重點即可。


感測器是一個將物理訊號轉換為電子訊號的元件,常見的輸出訊號為(類比、數位)電壓訊號。


然而感測器歸感測器,模組化歸模組化。這句話什麼意思呢?  隨意的在 google 搜尋 "Arduino 模組" 就可以看到很多經過模組化的產品,我們可以拿一個簡單的實例來說明



上圖右方紅圈處是一個光敏電阻,會感測周遭的光線並且將明亮度轉換為類比電壓訊號(實際上是改變阻值,在此先用類比電壓訊號以方便解釋),而這個類比電壓訊號其實可以直接被 Arduino 拿來使用(也就是說我們只需要右邊的元件也可以實現量測周遭亮度的功能)。

然而在某些應用上,我們會希望這個類比電壓訊號可以更好用更精緻一些,例如說我們希望他不要受到週遭溫度或是電磁波雜訊(此為隨意舉例),影響到感測的精度及穩定性,所以我們會在原本元件輸出電壓訊號後,用一些電子元件將這個訊號進一步處理,而這樣成套包裝後,就稱為"模組"。

上圖橙色框框的部分故意做成針腳的方式,可以方便在使用的時候經由杜邦線進行連接。



而在進行感測器以及 Arduino 板子間的連結時,難免會出現需要多條線接在一起的情形(或是說我們需要做一些按鈕、LED燈等等... ),但又不想拿洞洞板出來銲接(非相關科系的可能連銲槍也沒有碰過),此時我們需要三樣可以快速連結彼此的方式(如果你是買Arduino 學習套件的話,恭喜你這些基本配備你都有了)。

首先需要雙邊母頭的杜邦線,配合兩邊等長的 2.54排針(別買到右上角一短一長的排針),最後是麵包板。雙邊母頭的杜邦線可以方便跟感測器模組的腳位進行連接,而麵包板以及 Arduino 的部分就將杜邦線加上 2.54 排針就可以很方便的進行連接。



麵包版的部分我就不多做解釋了,實際將一個麵包板拆卸後可以看出來,正面有著很多 2.54 尺寸的小洞,可以方便排針很穩固的固定在上面。背面則是一些銅片的組成(背面實際上是被封起來的,上圖是我硬拆卸的結果),仔細研究麵包板背面後回去看上一張圖,就可以理解為什麼中間的區塊是直的相連,上下兩邊是橫的相連囉!!



覺得有點看不懂的人千萬別氣餒,繼續往下一章節看下去就對了!我在每一章節的地方都會重複的講解到這些基本的知識
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