任務(wù)一物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解觸摸開關(guān)的特點(diǎn)。2．掌握觸摸開關(guān)的連接方法。3．能對(duì)觸摸開關(guān)控制程序進(jìn)行邏輯分析。4．能獨(dú)立完成程序積木的搭建、上傳與調(diào)試。5．養(yǎng)成仔細(xì)觀察、深入分析的學(xué)習(xí)態(tài)度?！救蝿?wù)情景】為營(yíng)造物聯(lián)網(wǎng)智能環(huán)境，某酒店要在客房里安裝觸摸開關(guān)，客人只需觸碰一下開關(guān)，燈就會(huì)亮起來(lái)。請(qǐng)為酒店安裝觸摸開關(guān)，并通過(guò)串口獲取觸摸開關(guān)的狀態(tài)，確保觸摸開關(guān)能正常使用?！救蝿?wù)分析】從物聯(lián)網(wǎng)的角度來(lái)看，這是通過(guò)客人觸碰觸摸開關(guān)傳送電信號(hào)，形成電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的控制。為了模擬并實(shí)現(xiàn)這一情景，我們可以利用觸摸開關(guān)模塊和開發(fā)板，驗(yàn)證電信號(hào)傳遞的可靠性，并且能夠更深入地理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際生活中的作用?！鞠嚓P(guān)知識(shí)】一、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)簡(jiǎn)介二、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的結(jié)構(gòu)三、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的工作原理四、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的應(yīng)用一、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)簡(jiǎn)介物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)是一種能夠與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)連接并通過(guò)觸摸操作控制設(shè)備或執(zhí)行特定功能的開關(guān)。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)和功能，物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)可以分為以下5種類型。（1）電容式觸摸開關(guān)：電容式觸摸開關(guān)基于電容變化原理，通過(guò)感應(yīng)人體接近或觸摸導(dǎo)電表面時(shí)產(chǎn)生的電容變化來(lái)檢測(cè)觸摸操作。電容式觸摸開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)非接觸式觸摸操作，具有高靈敏度和快速響應(yīng)的特點(diǎn)。（2）電阻式觸摸開關(guān)：電阻式觸摸開關(guān)基于電阻感應(yīng)原理，通過(guò)測(cè)量電流在觸摸位置的變化來(lái)檢測(cè)觸摸操作。電阻式觸摸開關(guān)通常需要物理接觸，并且需要使用帶有電阻涂層的表面或觸摸屏來(lái)感應(yīng)觸摸操作。一、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)簡(jiǎn)介（3）聲波觸摸開關(guān)：聲波觸摸開關(guān)使用超聲波傳感器或聲波傳感器來(lái)感應(yīng)手指接近開關(guān)表面時(shí)產(chǎn)生的聲波變化。聲波觸摸開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)非接觸式觸摸操作，適用于一些特殊場(chǎng)景，如防水或高污染環(huán)境。（4）光學(xué)觸摸開關(guān)：光學(xué)觸摸開關(guān)利用光敏傳感器或光電二極管來(lái)感應(yīng)觸摸時(shí)光照的變化。通過(guò)檢測(cè)光線的散射、反射或遮擋，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸開關(guān)的控制和操作。（5）手勢(shì)識(shí)別觸摸開關(guān)：手勢(shì)識(shí)別觸摸開關(guān)結(jié)合了多種觸摸開關(guān)，如電容式觸摸開關(guān)、光學(xué)觸摸開關(guān)、聲波觸摸開關(guān)等，可以實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別等多種功能。手勢(shì)識(shí)別觸摸開關(guān)可以根據(jù)手指的移動(dòng)、滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等來(lái)控制設(shè)備或執(zhí)行不同的操作。二、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)一般包含5個(gè)基本模塊：（1）觸摸按鍵模塊：觸摸按鍵模塊是物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的輸入部分，用戶可以通過(guò)觸摸按鍵模塊來(lái)控制開關(guān)的狀態(tài)，例如打開或關(guān)閉燈、電器等設(shè)備。（2）觸摸按鍵控制模塊：觸摸按鍵控制模塊是觸摸按鍵模塊和MCU（微控制單元）模塊之間的橋梁，主要負(fù)責(zé)將觸摸按鍵模塊的信號(hào)轉(zhuǎn)換成MCU模塊能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。（3）MCU模塊：MCU模塊是物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的核心部分，主要負(fù)責(zé)處理來(lái)自觸摸按鍵控制模塊的數(shù)字信號(hào)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序控制開關(guān)的狀態(tài)。同時(shí)，MCU模塊還可以與無(wú)線通信模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能。（4）無(wú)線通信模塊：無(wú)線通信模塊是物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)與其他設(shè)備進(jìn)行通信的關(guān)鍵部分，它可以通過(guò)無(wú)線信號(hào)與智能手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、定時(shí)開關(guān)等功能。（5）電源模塊：電源模塊是物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的能量來(lái)源，主要負(fù)責(zé)將外部電源轉(zhuǎn)換成適合MCU模塊和其他模塊工作的電壓和電流。

（a）外觀（b）邏輯結(jié)構(gòu)三、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的工作原理常見的4種物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的工作原理：1．電容式觸摸開關(guān)的工作原理電容式觸摸開關(guān)基于電容變化原理，其觸摸面板通常由導(dǎo)電材料和絕緣面板構(gòu)成。電容式觸摸開關(guān)的工作原理如圖2-3所示。當(dāng)沒(méi)有觸摸時(shí)，觸摸面板與周圍環(huán)境的電容保持穩(wěn)定。當(dāng)手指接近或觸碰觸摸面板時(shí)，手指和觸摸面板之間形成電容耦合。這種電容耦合會(huì)引起觸摸面板電容的變化，其被傳感器檢測(cè)到并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的觸摸信號(hào)。圖2-3電容式觸摸開關(guān)的工作原理三、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的工作原理常見的4種物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的工作原理：2．電阻式觸摸開關(guān)的工作原理電阻式觸摸開關(guān)通常有電阻涂層的表面或觸摸面板。當(dāng)手指觸摸有電阻涂層的表面或觸摸面板時(shí)，觸摸點(diǎn)附近的電阻會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量觸摸點(diǎn)附近電阻的變化，傳感器可以檢測(cè)到觸摸動(dòng)作，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的觸摸信號(hào)。3．聲波觸摸開關(guān)的工作原理聲波觸摸開關(guān)使用超聲波傳感器或聲波傳感器來(lái)感應(yīng)手指接近開關(guān)表面時(shí)產(chǎn)生的聲波變化。當(dāng)手指觸碰觸摸面板時(shí)，產(chǎn)生的反射超聲波會(huì)被超聲波傳感器捕捉到。超聲波傳感器會(huì)分析聲波的特征，檢測(cè)觸摸動(dòng)作，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的觸摸信號(hào)。4．光學(xué)觸摸開關(guān)的工作原理光學(xué)觸摸開關(guān)利用光敏傳感器或光電二極管來(lái)感應(yīng)觸摸時(shí)光線的變化。當(dāng)手指觸碰觸摸面板時(shí)，光線的散射、反射或遮擋會(huì)發(fā)生變化。光敏傳感器或光電二極管可以檢測(cè)到這種變化，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的觸摸信號(hào)。四、物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)由于其便捷的操作和連接能力，可以在多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮作用。以下是一些物聯(lián)網(wǎng)觸摸開關(guān)的應(yīng)用。（1）智能家居（2）智能照明（3）智能安防（4）智能辦公（5）酒店和商業(yè)場(chǎng)所（6）公共場(chǎng)所和醫(yī)療設(shè)施（7）智能零售和展示【技能訓(xùn)練】活動(dòng)一

組裝設(shè)備活動(dòng)二

編寫圖形程序活動(dòng)三

解讀程序代碼活動(dòng)四上傳與調(diào)試程序活動(dòng)一組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系在本任務(wù)中，觸摸開關(guān)要控制燈的開關(guān)狀態(tài)，同時(shí)將狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給ArduinoMega2560開發(fā)板，ArduinoMega2560開發(fā)板根據(jù)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果輸出到串口，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的開關(guān)狀態(tài)的控制。觸摸開關(guān)的設(shè)備控制邏輯關(guān)系活動(dòng)一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識(shí)讀引腳標(biāo)志本任務(wù)中使用的觸摸開關(guān)模塊有3個(gè)引腳，具體如下。（1）VCC引腳：表示電源正極。（2）GND引腳：接地引腳，表示電源負(fù)極。（3）OUT引腳：信息輸出引腳，表示觸摸開關(guān)的輸出狀態(tài)，輸出信號(hào)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)。引腳連向設(shè)備的名稱所連向設(shè)備的引腳觸摸開關(guān)的VCCArduino開發(fā)板3.3V或5V觸摸開關(guān)的GNDArduino開發(fā)板GND觸摸開關(guān)的OUTArduino開發(fā)板52觸摸開關(guān)引腳連接表活動(dòng)一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備2．連接引腳（1）將VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的3.3V或5V引腳上。（2）將GND引腳接到Arduino開發(fā)板的GND引腳上。（3）將OUT引腳接到Arduino開發(fā)板的數(shù)字引腳52上。具體接線方式如表2-2和圖2-5所示。觸摸開關(guān)引腳接線圖活動(dòng)一組裝設(shè)備三、組裝設(shè)備的注意事項(xiàng)如下。（1）觸摸開關(guān)的連接線應(yīng)該為紅線接電源正極、黑線接電源負(fù)極，切不可接反。（2）觸摸開關(guān)的輸出引腳可與任意開發(fā)板的數(shù)字引腳（0～53）連接，但需更改程序中相應(yīng)引腳的參數(shù)。（3）連接線上的引腳較尖銳，在操作過(guò)程中要注意安全?；顒?dòng)二編寫圖形程序一、分析程序流程（1）觸摸開關(guān)狀態(tài)值由觸摸事件的產(chǎn)生與否確定。定義變量touch來(lái)保存燈的開關(guān)狀態(tài)，1為開，0為閉。（2）進(jìn)入循環(huán)，測(cè)試觸摸事件是否產(chǎn)生。（3）等待2s的目的是方便在串口調(diào)試窗口中觀察燈的狀態(tài)，這不是必需的部分。（4）產(chǎn)生觸摸事件后，判斷touch值是1還是0，即燈是開還是閉。（5）通過(guò)串口顯示燈經(jīng)觸摸后改變的狀態(tài)，并相應(yīng)更改touch值。觸摸開關(guān)控制程序流程圖活動(dòng)二編寫圖形程序二、搭建程序積木觸摸開關(guān)控制程序完整流程活動(dòng)三解讀程序代碼一、查看Mind+軟件自動(dòng)生成的代碼（1）單擊Mind+軟件右上角的“代碼區(qū)”按鈕。（2）單擊“自動(dòng)生成”選項(xiàng)卡，如圖2-10所示，就能查看Mind+軟件根據(jù)主窗口的程序積木框架自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼。觸摸開關(guān)的ArduinoC語(yǔ)言的代碼活動(dòng)三解讀程序代碼二、代碼解析代碼含義/*!這是注釋部分，“MindPlus”表示開發(fā)平臺(tái)；“mega2560”表示使用的是ArduinoMega2560開發(fā)板

*MindPlus

*mega2560

*

*/

//動(dòng)態(tài)變量代碼中定義了一個(gè)名為mind_n__touch的浮點(diǎn)數(shù)類型的動(dòng)態(tài)變量，用于存儲(chǔ)觸摸開關(guān)的狀態(tài)。volatile關(guān)鍵字用于告訴編譯器mind_n_touch變量會(huì)被意外改變，因此編譯器不應(yīng)該進(jìn)行一些優(yōu)化，以確保讀寫的正確性

volatilefloatmind_n_touch;

//主程序開始主程序從setup()函數(shù)開始；Serial.begin(9600);用于初始化串行通信，將波特率設(shè)置為9600，以便通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)通信

voidsetup(){

Serial.begin(9600);

mind_n_touch=0;在setup()函數(shù)中，初始化mind_n_touch變量的值為0，即燈為“關(guān)”狀態(tài)

}—

voidloop(){loop()函數(shù)：代碼的主要執(zhí)行部分，會(huì)一直循環(huán)執(zhí)行

delay(2000);在loop()函數(shù)中，使用delay()函數(shù)來(lái)延遲2s，讓程序暫停一段時(shí)間，以免過(guò)多占用中央處理器（CPU）時(shí)間

while(!digitalRead(52)){yield();}使用while循環(huán)語(yǔ)句和yield()函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)無(wú)限循環(huán)來(lái)讀取digitalRead(52)函數(shù)返回的值，digitalRead()函數(shù)用于讀取數(shù)字引腳（52）的狀態(tài)，該引腳與觸摸開關(guān)輸出引腳相連，可按實(shí)際情況更改引腳號(hào)。如果觸摸開關(guān)被觸摸，則digitalRead()函數(shù)返回1，否則返回0。當(dāng)返回1時(shí)，“！”表示取反；返回0時(shí)，跳出該循環(huán)

if((mind_n_touch==1)){用if...else語(yǔ)句進(jìn)行判斷，如果觸摸開關(guān)原來(lái)為“開”狀態(tài)，則將mind_n_touch變量的值設(shè)置為0，表示燈已開，并在串口顯示“燈已開”，返回到delay(2000);處，繼續(xù)檢測(cè)觸摸開關(guān)是否產(chǎn)生觸摸事件

mind_n_touch=0;

Serial.println("燈已開");

}

else{否則，將mind_n_touch變量的值設(shè)置為1，表示燈已閉，并在串口顯示“燈已閉”，返回到delay(2000);處，繼續(xù)檢測(cè)觸摸開關(guān)是否產(chǎn)生觸摸事件

mind_n_touch=1;

Serial.println("燈已閉");

}

}程序會(huì)一直運(yùn)行，直到程序被手動(dòng)停止活動(dòng)四上傳與調(diào)試程序觸摸開關(guān)控制程序完整流程連接設(shè)備上傳程序觸摸開關(guān)實(shí)物連接觸摸開關(guān)控制程序運(yùn)行效果【任務(wù)評(píng)價(jià)】序號(hào)主要內(nèi)容評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1觸摸開關(guān)的分類及工作原理能正確說(shuō)出觸摸開關(guān)的分類及工作原理10

2觸摸開關(guān)的識(shí)別能快速、準(zhǔn)確地從物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)套件中找出觸摸開關(guān)10

3觸摸開關(guān)引腳的識(shí)別能準(zhǔn)確說(shuō)出觸摸開關(guān)引腳標(biāo)志的含義10

4觸摸開關(guān)的組裝能根據(jù)設(shè)備連接圖快速連接電路10

5觸摸開關(guān)的調(diào)試能根據(jù)需求，正確配置Mind+軟件10

能使用Mind+軟件，利用程序積木正確編寫功能程序10

能正確運(yùn)行程序，使運(yùn)行結(jié)果與功能需求一致10

6職業(yè)素養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，操作要安全、規(guī)范。完成實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將相關(guān)元器件、模塊等收納整齊，保持實(shí)驗(yàn)桌面干凈、整潔10

7學(xué)習(xí)態(tài)度能主動(dòng)參與課堂討論和實(shí)踐活動(dòng)，積極尋求解決問(wèn)題的方法10

能按時(shí)完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計(jì)100

【拓展學(xué)習(xí)】物聯(lián)網(wǎng)智能感應(yīng)開關(guān)一、物聯(lián)網(wǎng)智能感應(yīng)開關(guān)的分類1．按照感應(yīng)技術(shù)分類2．按照用途分類3．按照工作原理分類二、物聯(lián)網(wǎng)智能感應(yīng)開關(guān)的技術(shù)指標(biāo)（1）工作電壓

（6）靈敏度（2）工作電流

（7）防水等級(jí)（3）工作溫度

（8）響應(yīng)速度（4）工作壽命

（9）抗干擾能力（5）感應(yīng)距離

（10）安裝方式【思考與練習(xí)】1．目前流行的衛(wèi)生間智能鏡柜可以自動(dòng)消除鏡子上的霧氣，也能打開鏡子上的燈。請(qǐng)簡(jiǎn)述衛(wèi)生間智能鏡柜的工作原理。2．完成本任務(wù)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，有時(shí)手指接近觸摸開關(guān)而并沒(méi)有接觸到觸摸開關(guān)，觸摸開關(guān)就會(huì)產(chǎn)生觸摸事件，請(qǐng)說(shuō)明發(fā)生這種情況的原因。3．在家安裝燈具時(shí)，一般會(huì)在門口設(shè)置一個(gè)燈的開關(guān)，然后在床頭設(shè)置該燈的另一個(gè)開關(guān)，形成雙控開關(guān)，以方便控制燈。請(qǐng)用觸摸開關(guān)來(lái)模擬這個(gè)雙控場(chǎng)景（提示：可以用兩個(gè)觸摸開關(guān)來(lái)完成）。任務(wù)二光敏傳感器的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.了解光敏傳感器的特點(diǎn)。2．掌握光敏傳感器的連接方法。3．能對(duì)光敏傳感器管理程序進(jìn)行邏輯分析。4．能獨(dú)立完成程序積木的搭建、上傳與調(diào)試。5．培養(yǎng)精準(zhǔn)測(cè)量意識(shí)和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度?！救蝿?wù)情景】某小區(qū)要改造路燈，使其工作起來(lái)更加“智能”，當(dāng)天色昏暗的時(shí)候，路燈能自動(dòng)開啟；當(dāng)天色明亮的時(shí)候，路燈能自動(dòng)關(guān)閉。請(qǐng)使用物聯(lián)網(wǎng)套件來(lái)實(shí)現(xiàn)智能路燈?！救蝿?wù)分析】為了實(shí)現(xiàn)路燈的自動(dòng)開關(guān)功能，首要任務(wù)是確定光照強(qiáng)度。在眾多傳感器中，光敏傳感器最適合，它能夠根據(jù)外界環(huán)境的光照強(qiáng)度判斷是否開啟路燈。為了實(shí)現(xiàn)路燈的智能化改造，我們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)套件中選擇光敏傳感器作為主要設(shè)備，并將其安裝在路燈的前方。【相關(guān)知識(shí)】一、光敏傳感器簡(jiǎn)介二、光敏傳感器的結(jié)構(gòu)三、光敏傳感器中感光半導(dǎo)體元器件的工作原理四、光敏傳感器的應(yīng)用一、光敏傳感器簡(jiǎn)介光敏傳感器是一種能夠感知光照強(qiáng)度變化的傳感器，核心組件是感光半導(dǎo)體元器件。感光半導(dǎo)體元器件有多種類型，常見的感光半導(dǎo)體元器件包括光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏電容、光敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管（簡(jiǎn)稱光敏場(chǎng)效應(yīng)管）、光敏阻抗、光敏二極管陣列等，不同感光半導(dǎo)體元器件在不同的應(yīng)用領(lǐng)域具有不同的特性和優(yōu)勢(shì)。根據(jù)具體的需求和應(yīng)用場(chǎng)景，選擇合適的光敏傳感器類型是很重要的。感光半導(dǎo)體元器件二、光敏傳感器的結(jié)構(gòu)光敏傳感器的結(jié)構(gòu)因傳感器類型和設(shè)計(jì)的不同而有所差異。通常光敏傳感器包含以下6個(gè)基本組件。（1）感光半導(dǎo)體元器件：光敏傳感器的核心組件。（2）外殼：用于保護(hù)內(nèi)部組件和提供結(jié)構(gòu)支撐。外殼通常由塑料或金屬材料制成，以保護(hù)傳感器免受環(huán)境影響。（3）連接接口：用于與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。連接接口可以是模擬輸出接口（如電壓輸出接口）或數(shù)字輸出接口（如IIC接口或SPI）。（4）光學(xué)濾波器：有些光敏傳感器會(huì)在感光半導(dǎo)體元器件的前面使用光學(xué)濾波器。光學(xué)濾波器的作用是選擇性地傳遞或阻擋特定波長(zhǎng)范圍的光，以提高傳感器的選擇性和性能。（5）電路和信號(hào)處理器件：光敏傳感器內(nèi)部一般包含一些電路和信號(hào)處理器件，用于進(jìn)行放大、濾波、去噪聲或其他信號(hào)處理操作。這些電路和信號(hào)處理器件有助于提高信號(hào)質(zhì)量和滿足不同的應(yīng)用需求。（6）電源電路：光敏傳感器通常需要供電才可以正常工作，因此，光敏傳感器內(nèi)部包含電源電路。

三、光敏傳感器中感光半導(dǎo)體元器件的工作原理常用的5種感光半導(dǎo)體元器件的工作原理。內(nèi)光電效應(yīng)原理1．光敏電阻光敏電阻基于內(nèi)光電效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量其電阻值的變化來(lái)檢測(cè)環(huán)境中的光照強(qiáng)度。光敏電阻由半導(dǎo)體光敏材料制成，兩端裝有電極，并封裝在帶有玻璃窗的管殼內(nèi)。當(dāng)光照射到光敏電阻上時(shí)，光子的能量被半導(dǎo)體光敏材料吸收，使價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生自由電子和空穴，如圖2-16所示。自由電子和空穴的出現(xiàn)降低了電阻值。光照強(qiáng)度越大，自由電子和空穴越多，電阻值越小。當(dāng)光照消失時(shí)，自由電子和空穴逐漸復(fù)合，電阻值逐漸恢復(fù)到原始狀態(tài)。2．光敏二極管與光敏三極管光敏二極管通過(guò)光的照射來(lái)產(chǎn)生電流。當(dāng)光線照射到光敏二極管的活性層上時(shí)，光子的能量被轉(zhuǎn)化為電子的能量。這些光激發(fā)的電子會(huì)被推向光敏二極管的PN結(jié)，從而形成電流。光照強(qiáng)度的增加會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生更多電子，進(jìn)而增大電流。光敏三極管和光敏二極管的工作原理相似，都是利用光激發(fā)電子產(chǎn)生電流，但光敏三極管具有額外的基極來(lái)控制電流，從而在一些應(yīng)用中提供更靈活的控制和調(diào)節(jié)功能。三、光敏傳感器中感光半導(dǎo)體元器件的工作原理3．光敏電容光敏電容利用光的照射改變電容值。光敏電容由光敏材料和電極組成。當(dāng)光線照射到光敏電容上時(shí)，光子的能量會(huì)影響光敏材料內(nèi)的電荷分布，從而改變電極之間的電場(chǎng)分布，進(jìn)而改變電容值。光照強(qiáng)度增加會(huì)導(dǎo)致電容值減小，而光照強(qiáng)度減小會(huì)導(dǎo)致電容值增大。4．光敏阻抗光敏阻抗與光敏電阻的工作原理相似，都是通過(guò)光線的照射來(lái)改變阻抗值。光敏阻抗主要是由光敏材料本身的特性決定的。當(dāng)光線照射到光敏阻抗上時(shí)，光子的能量會(huì)激發(fā)光敏材料內(nèi)的電荷載流子，改變光敏材料內(nèi)的電荷分布和電導(dǎo)率。這導(dǎo)致光敏阻抗的阻抗值發(fā)生變化，光照強(qiáng)度的增加會(huì)使阻抗值減小，而光照強(qiáng)度的減小會(huì)使阻抗值增大。5．光敏場(chǎng)效應(yīng)管光敏場(chǎng)效應(yīng)管（PhotoconductiveField-EffectTransistor，PFET）由光敏材料和場(chǎng)效應(yīng)晶體管（簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管）組成。當(dāng)光線照射到光敏材料上時(shí)，光子的能量會(huì)激發(fā)光敏材料內(nèi)的電荷載流子，改變光敏材料內(nèi)的電導(dǎo)率。四、光敏傳感器的應(yīng)用（1）光照度測(cè)量光敏傳感器可用于測(cè)量光照度，即環(huán)境中的光照強(qiáng)度。（2）光敏安全檢測(cè)光敏傳感器可用于安全檢測(cè)和控制應(yīng)用。（3）光敏控制在夜間照明系統(tǒng)或智能照明系統(tǒng)中，光敏傳感器可以根據(jù)環(huán)境光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整燈光的亮度。（4）光敏報(bào)警系統(tǒng)光敏傳感器可用于安防系統(tǒng)的入侵檢測(cè)，可以檢測(cè)窗戶、門或其他區(qū)域的光照變化。（5）光敏觸發(fā)器光敏傳感器可用作觸發(fā)器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用于觸發(fā)其他設(shè)備或系統(tǒng)的操作。（6）光學(xué)測(cè)量光敏傳感器可用于進(jìn)行光學(xué)測(cè)量和分析。（7）光敏交互設(shè)備光敏傳感器可用于交互設(shè)備。【技能訓(xùn)練】活動(dòng)一

組裝設(shè)備活動(dòng)二

編寫圖形程序活動(dòng)三

解讀程序代碼活動(dòng)四上傳與調(diào)試程序活動(dòng)一組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系在本任務(wù)中，光敏傳感器用來(lái)探測(cè)環(huán)境光，同時(shí)將探測(cè)結(jié)果發(fā)送給ArduinoMega2560開發(fā)板，ArduinoMega2560開發(fā)板根據(jù)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行判斷，并將判斷結(jié)果輸出到串口。觸摸開關(guān)的設(shè)備控制邏輯關(guān)系活動(dòng)一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識(shí)讀引腳標(biāo)志仔細(xì)觀察各硬件模塊的引腳標(biāo)志，明確各標(biāo)志的含義。本任務(wù)使用的光敏傳感器有3個(gè)引腳，分別如下。（1）VCC引腳：表示電源正極。（2）GND引腳：接地引腳，表示電源負(fù)極。（3）OUT引腳：信息輸出引腳，表示輸出信號(hào)是一個(gè)模擬信號(hào)。2．連接引腳（1）將VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的3.3V或5V引腳上。（2）將GND引腳接到Arduino開發(fā)板的GND引腳上。（3）將OUT引腳接到Arduino開發(fā)板的模擬引腳A0上。光敏傳感器的設(shè)備接線圖活動(dòng)一組裝設(shè)備三、組裝設(shè)備的注意事項(xiàng)如下。（1）光敏傳感器的連接線應(yīng)該為紅線接電源正極、黑線接電源負(fù)極，切不可接反。（2）光敏傳感器的輸出引腳可與任何開發(fā)板的模擬引腳（A0～A15）連接，但需更改程序中相應(yīng)的引腳參數(shù)。（3）連接線上的引腳較尖銳，在操作過(guò)程中要注意安全?；顒?dòng)二編寫圖形程序一、分析程序流程（1）因?yàn)楣饷糁禃?huì)被反復(fù)使用，所以定義變量light為光敏值，簡(jiǎn)化程序。（2）讀取光敏值。（3）等待1s的目的是方便在串口調(diào)試窗口中觀察light的值，這不是必需的部分。（4）對(duì)light值的狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)light值小于350時(shí)，表明當(dāng)時(shí)外界光線明亮，無(wú)須開燈；當(dāng)light值大于或等于350時(shí)，表示當(dāng)時(shí)外界光線昏暗，需開燈。光敏傳感器測(cè)試程序流程圖活動(dòng)二編寫圖形程序二、搭建程序積木光敏傳感器測(cè)試程序完整流程活動(dòng)三解讀程序代碼一、查看Mind+軟件自動(dòng)生成的代碼通過(guò)活動(dòng)二搭建好了程序積木框架，為了更好地理解程序的運(yùn)行邏輯，還需要對(duì)Mind+軟件自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼進(jìn)行解讀，以提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)編程能力。可以按以下操作，查看Mind+軟件根據(jù)程序積木自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼（Mind+軟件會(huì)自動(dòng)修改變量名、添加注釋）。光敏傳感器測(cè)試程序的ArduinoC語(yǔ)言的代碼（1）單擊Mind+軟件右上角的“代碼區(qū)”按鈕。（2）單擊“自動(dòng)生成”選項(xiàng)卡，如圖2-10所示，就能查看Mind+軟件根據(jù)主窗口的程序積木框架自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼?；顒?dòng)三解讀程序代碼二、代碼解析代碼含義mind_n_light=(round((String(analogRead(A0)).toInt())));將光敏值四舍五入后轉(zhuǎn)換為整數(shù)類型，并將結(jié)果賦值給變量mind_n_tmp。analogRead(A0)函數(shù)用于讀取光敏值，并返回一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)類型的值。由于需要將這個(gè)值變?yōu)樽罱咏恼麛?shù)，因此需要使用round()函數(shù)對(duì)其進(jìn)行四舍五入操作。toInt()函數(shù)則將四舍五入后的結(jié)果轉(zhuǎn)換為整數(shù)類型。最后，將四舍五入后的整數(shù)賦值給變量mind_n_light，以便后續(xù)判斷環(huán)境光的強(qiáng)度Serial.print((String("當(dāng)前光敏值是：")+String(mind_n_light)));String(mind_n_light)將浮點(diǎn)數(shù)類型的值轉(zhuǎn)換為字符串類型，最終的結(jié)果是一個(gè)字符串類型的值，表示當(dāng)前光敏值和環(huán)境光的狀態(tài)，最后通過(guò)串口發(fā)送出去

if((mind_n_light<350)){mind_n_light<350表示判斷mind_n_light是否小于350（閾值350可以根據(jù)實(shí)際情況改動(dòng)），如果是，則條件成立，然后執(zhí)行Serial.println()函數(shù)，將字符串“>>>環(huán)境光較亮，不用打開路燈。”發(fā)送到串口。返回到delay(1000);處，繼續(xù)監(jiān)測(cè)環(huán)境光

Serial.println(">>>環(huán)境光較亮，不用打開路燈。");

}

else{如果大于或等于350，則執(zhí)行Serial.println()函數(shù)，將字符串“>>>環(huán)境光較暗，請(qǐng)打開路燈?！卑l(fā)送到串口。返回到delay(1000);處，繼續(xù)監(jiān)測(cè)環(huán)境光

Serial.println(">>>環(huán)境光較暗，請(qǐng)打開路燈。");

}活動(dòng)四上傳與調(diào)試程序一、連接設(shè)備在Mind+軟件中選擇“上傳模式”，使用USB連接線將ArduinoMega2560開發(fā)板連接到計(jì)算機(jī)上，并單擊“連接設(shè)備”下拉按鈕，單擊相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行連接。如果沒(méi)有出現(xiàn)設(shè)備，則單擊“一鍵安裝串口驅(qū)動(dòng)”后再嘗試。二、上傳程序在Mind+軟件中單擊右上角的“上傳到設(shè)備”按鈕，完成程序的上傳。三、檢查運(yùn)行效果用手指觸碰觸摸開關(guān)，觸摸開關(guān)模塊指示燈呈紅色，查看串口調(diào)試窗口的數(shù)據(jù)顯示是否反映出燈狀態(tài)的變化。觸摸開關(guān)實(shí)物連接。觸摸開關(guān)控制程序運(yùn)行效果。 光敏傳感器實(shí)物連接運(yùn)行效果【任務(wù)評(píng)價(jià)】序號(hào)主要內(nèi)容評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1光敏傳感器的分類及工作原理能正確說(shuō)出光敏傳感器的分類及工作原理10

2光敏傳感器的識(shí)別能快速、準(zhǔn)確地從物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)套件中找出光敏傳感器10

3光敏傳感器引腳的識(shí)別能準(zhǔn)確說(shuō)出光敏傳感器引腳標(biāo)志的含義10

4光敏傳感器的組裝能根據(jù)設(shè)備連接圖快速組裝電路10

5光敏傳感器的調(diào)試能根據(jù)需求，正確搭建和配置Mind+軟件10

能使用Mind+軟件，利用程序積木正確編寫功能程序10

能正確運(yùn)行程序，使運(yùn)行結(jié)果與功能需求一致10

6職業(yè)素養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，操作要安全、規(guī)范。完成實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將相關(guān)元器件、模塊等收納整齊，保持實(shí)驗(yàn)桌面干凈、整潔10

7學(xué)習(xí)態(tài)度能主動(dòng)參與課堂討論和實(shí)踐活動(dòng)，積極尋求解決問(wèn)題的方法10

能按時(shí)完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計(jì)100

【拓展學(xué)習(xí)】照相機(jī)上的光敏傳感器CCD傳感器CCD傳感器通過(guò)逐行讀取的方式將感光表面上的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后形成圖像，具有圖像清晰、色彩還原度高的特點(diǎn)。CMOS傳感器。CMOS傳感器則是將光子轉(zhuǎn)化為電子，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再通過(guò)控制邏輯將像素信息傳遞給數(shù)字信號(hào)處理器，最終生成圖像，具有功耗更低和成本更低等優(yōu)點(diǎn)；【思考與練習(xí)】1．請(qǐng)舉例說(shuō)明幾個(gè)利用光敏傳感器工作的設(shè)備。2．什么是CCD傳感器和CMOS傳感器？3．顧名思義，太陽(yáng)能電池是通過(guò)太陽(yáng)光來(lái)對(duì)電池進(jìn)行充電的。請(qǐng)問(wèn)日光燈的燈光是不是也能對(duì)電池進(jìn)行充電？為什么？4．請(qǐng)利用觸摸開關(guān)、光敏傳感器、ArduinoMega2560開發(fā)板等設(shè)備，模擬以下場(chǎng)景（結(jié)果由串口調(diào)試窗口顯示）：回到家中，打開燈的開關(guān)，燈開始工作，并可以根據(jù)當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境光自動(dòng)調(diào)整亮度，以達(dá)到最舒適的亮度；夜晚休息時(shí)，關(guān)閉燈的開關(guān)，燈不再工作。任務(wù)三聲音采集傳感器的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解聲音采集傳感器的工作原理。2．能正確識(shí)讀聲音采集傳感器的電路圖。3．能正確連接、安裝聲音采集傳感器。4．形成標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)試記錄習(xí)慣，建立規(guī)范操作意識(shí)?！救蝿?wù)情景】某老舊居民小區(qū)的樓道里原來(lái)安裝的都是手拉燈，經(jīng)常有居民開燈以后不關(guān)燈，造成很大的能源浪費(fèi)。為了節(jié)能環(huán)保，小區(qū)物業(yè)決定把樓道里的手拉燈全部換成聲控?zé)?。?qǐng)使用物聯(lián)網(wǎng)套件，制作一個(gè)聲控?zé)簟！救蝿?wù)分析】要利用聲音實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的控制功能，首先需要在一定范圍內(nèi)采集到聲音，當(dāng)獲取的音量達(dá)到一定分貝值時(shí)，燈就能自動(dòng)打開，并持續(xù)點(diǎn)亮一段時(shí)間，之后，沒(méi)有采集到新的聲音時(shí)，燈又自動(dòng)熄滅。這就需要使用靈敏度較高的聲音采集傳感器。根據(jù)上述分析，本任務(wù)需要使用聲音采集傳感器、RGB彩燈模塊、Arduino開發(fā)板等設(shè)備模擬上述場(chǎng)景?！鞠嚓P(guān)知識(shí)】一、聲音采集傳感器簡(jiǎn)介二、聲音采集傳感器的結(jié)構(gòu)三、聲音采集傳感器的工作原理四、聲音采集傳感器的應(yīng)用一、聲音采集傳感器簡(jiǎn)介聲音采集傳感器外觀聲音采集傳感器是一種將聲音波形轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的設(shè)備，用于捕捉、記錄和分析聲音，以下是5種常見的聲音采集傳感器。（1）麥克風(fēng)傳感器麥克風(fēng)傳感器是最常見的聲音采集傳感器之一，它通過(guò)將聲音波形轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)聲音的采集。（2）聲吶傳感器聲吶傳感器利用聲波在空氣或水中的傳播和反射來(lái)測(cè)量距離和檢測(cè)目標(biāo)物體。（3）音頻傳感器音頻傳感器是一種特殊的聲音采集傳感器，用于捕捉和分析音頻信號(hào)的特征。（4）聲學(xué)陣列傳感器聲學(xué)陣列傳感器由多個(gè)麥克風(fēng)組成，可以在多個(gè)方向上同時(shí)采集聲音。通過(guò)對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行時(shí)間和幅度差異分析，聲學(xué)陣列傳感器可以實(shí)現(xiàn)聲源定位和環(huán)境聲音分析。（5）聲頻分析傳感器聲頻分析傳感器用于分析聲音信號(hào)的頻譜、頻率特性和音量等參數(shù)。二、聲音采集傳感器的結(jié)構(gòu)不同類型的聲音采集傳感器在結(jié)構(gòu)上存在一定的差異，但大部分聲音采集傳感器包含以下5個(gè)基本組件。

聲音采集傳感器的結(jié)構(gòu)（1）麥克風(fēng)元器件用于將聲音波形轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。麥克風(fēng)元器件可以采用不同的類型，如電容式麥克風(fēng)、壓阻式麥克風(fēng)或電磁式麥克風(fēng)。（2）外殼用于保護(hù)內(nèi)部組件和提供結(jié)構(gòu)支撐。外殼通常由塑料或金屬材料制成，以保護(hù)傳感器免受環(huán)境影響。（3）連接接口用于與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。連接接口可以是模擬輸出接口（如電壓輸出接口）或數(shù)字輸出接口（如IIC接口或SPI）。（4）信號(hào)處理電路用于放大、濾波、去噪聲或其他信號(hào)處理操作。信號(hào)處理電路有助于提高信號(hào)質(zhì)量和滿足不同的應(yīng)用需求。（5）電源電路聲音采集傳感器通常需要供電才能正常工作，因此，聲音采集傳感器內(nèi)部包含電源電路。三、聲音采集傳感器的工作原理聲音采集傳感器通過(guò)聲壓變換和電信號(hào)轉(zhuǎn)換的原理，將聲音波形轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。聲音采集傳感器內(nèi)部有壓電材料，當(dāng)聲波波動(dòng)通過(guò)傳感器時(shí)會(huì)發(fā)生機(jī)械振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)引起壓電材料產(chǎn)生電荷變化，并通過(guò)接觸或接線的方式將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)或電流信號(hào)。由于傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)通常很微弱，因此需要經(jīng)過(guò)放大和處理后才能轉(zhuǎn)換成可用的信號(hào)，并以模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的形式輸出。四、聲音采集傳感器的應(yīng)用（1）語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音控制聲音采集傳感器可用于語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音控制系統(tǒng)，如語(yǔ)音助手、語(yǔ)音命令控制系統(tǒng)等。通過(guò)采集和分析聲音波形，聲音采集傳感器可以捕捉和識(shí)別特定的聲音指令，并觸發(fā)相應(yīng)的操作。（2）音頻記錄和廣播聲音采集傳感器可用于音頻錄制和廣播應(yīng)用，如音頻設(shè)備、錄音設(shè)備和無(wú)線麥克風(fēng)等。聲音采集傳感器能夠捕捉聲音波形，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以供錄制、放音或廣播使用。（3）聲音監(jiān)測(cè)和噪聲控制聲音采集傳感器可用于環(huán)境聲音監(jiān)測(cè)和噪聲控制，如環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)、工業(yè)噪聲控制和安靜區(qū)域檢測(cè)等。通過(guò)實(shí)時(shí)采集環(huán)境中的聲音波形，聲音采集傳感器可以監(jiān)測(cè)噪聲水平，控制噪聲源或觸發(fā)警報(bào)。（4）聲學(xué)研究和分析聲音采集傳感器可用于聲學(xué)研究和分析，如音頻頻譜分析、聲學(xué)實(shí)驗(yàn)和聲學(xué)測(cè)量等。通過(guò)捕捉和記錄聲音波形，聲音采集傳感器可以進(jìn)行聲音頻譜分析、聲學(xué)特性研究和聲音信號(hào)處理。（5）聲源定位和追蹤聲音采集傳感器可用于聲源定位和追蹤系統(tǒng)，如聲源定位系統(tǒng)、聲音追蹤系統(tǒng)等。通過(guò)使用多個(gè)聲音采集傳感器并分析聲音波形的時(shí)間和幅度差異，可以確定聲源的位置和移動(dòng)軌跡。（6）音頻安全監(jiān)測(cè)聲音采集傳感器可用于音頻安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如聲音警報(bào)系統(tǒng)、聲音異常檢測(cè)系統(tǒng)等。聲音采集傳感器可以捕捉和分析環(huán)境中的異常聲音，用于安全監(jiān)控和入侵檢測(cè)?！炯寄苡?xùn)練】活動(dòng)一

組裝設(shè)備活動(dòng)二

編寫圖形程序活動(dòng)三

解讀程序代碼活動(dòng)四上傳與調(diào)試程序活動(dòng)一組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系聲音采集傳感器用來(lái)探測(cè)是否有人發(fā)出聲音，并將探測(cè)到的狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給ArduinoMega2560開發(fā)板，ArduinoMega2560開發(fā)板根據(jù)探測(cè)結(jié)果，向RGB彩燈模塊發(fā)送燈光控制信號(hào)。聲音采集傳感器的設(shè)備控制邏輯關(guān)系活動(dòng)一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識(shí)讀引腳標(biāo)志仔細(xì)觀察各硬件模塊的引腳標(biāo)志，明確各標(biāo)志的含義。（1）聲音采集傳感器的VCC引腳表示電源正極。（2）聲音采集傳感器的GND引腳是接地引腳，表示電源負(fù)極。（3）聲音采集傳感器的S引腳為信息輸出引腳，表示聲音采集傳感器的輸出狀態(tài)，輸出信號(hào)為模擬信號(hào)，可以連接到Arduino開發(fā)板的任意一個(gè)模擬引腳［Analogin（模擬輸入）區(qū)域］上。（4）RGB彩燈模塊具有3個(gè)引腳R、G、B，分別代表紅色、綠色和藍(lán)色的燈光信號(hào)。（5）RGB彩燈模塊的GND引腳是接地引腳，用于連接電源的負(fù)極。聲控?zé)舻脑O(shè)備接線圖2．連接引腳（1）將聲音采集傳感器的VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的3.3V或5V引腳上。（2）將Arduino開發(fā)板的GND引腳與聲音采集傳感器的GND引腳相連。（3）使用引線將聲音采集傳感器的S引腳接到Arduino開發(fā)板的模擬引腳A0上。（4）將RGB彩燈模塊的R、G、B這3個(gè)引腳分別與Arduino開發(fā)板的數(shù)字引腳2、3、4相連。（5）將Arduino開發(fā)板的GND引腳與RGB彩燈模塊的GND引腳相連。活動(dòng)一組裝設(shè)備三、組裝設(shè)備的注意事項(xiàng)如下。（1）聲音采集傳感器的S端傳輸?shù)男盘?hào)是模擬信號(hào)，因此需要接在Arduino開發(fā)板的Analogin區(qū)域的端口上。（2）聲音采集傳感器的VCC引腳是驅(qū)動(dòng)電流的輸入端，可以接3.3V電壓，也可以接5V電壓。（3）連接線上的引腳較尖銳，在操作過(guò)程中要注意安全?；顒?dòng)二編寫圖形程序一、分析程序流程（1）定義變量temp，表示聲音采集傳感器的檢測(cè)結(jié)果。（2）當(dāng)聲音采集傳感器監(jiān)測(cè)到有聲音時(shí)，temp變量會(huì)接收模擬引腳A0的信號(hào)，并通過(guò)Arduino開發(fā)板的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換成0～1023的整數(shù)，數(shù)值越大，表示檢測(cè)到的聲音響度越大，當(dāng)數(shù)值為0時(shí)，表示當(dāng)前沒(méi)有檢測(cè)到聲音。（3）“串口輸出temp”是用于在編程過(guò)程中檢測(cè)聲音采集傳感器是否正確工作的，這不是必需的部分。（4）對(duì)temp值的大小進(jìn)行判斷。在調(diào)試程序時(shí)，我們可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的聲音情況，對(duì)聲音的閾值進(jìn)行合理的設(shè)置，避免聲音采集傳感器控制RGB彩燈模塊過(guò)于敏感或過(guò)于遲鈍。在本任務(wù)中，我們將控制閾值設(shè)置為200聲控?zé)舫绦蛄鞒虉D活動(dòng)二編寫圖形程序二、搭建程序積木聲控?zé)舫绦蛲暾鞒袒顒?dòng)三解讀程序代碼一、查看Mind+軟件自動(dòng)生成的代碼通過(guò)活動(dòng)二搭建好了程序積木框架，為了更好地理解程序的運(yùn)行邏輯，還需要對(duì)Mind+軟件自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼進(jìn)行解讀，以提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)編程能力?？梢园匆韵虏僮鳎榭碝ind+軟件根據(jù)程序積木自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼（Mind+軟件會(huì)自動(dòng)修改變量名、添加注釋）。聲控?zé)舻腁rduinoC語(yǔ)言的代碼（1）單擊Mind+軟件右上角的“代碼區(qū)”按鈕。（2）單擊“自動(dòng)生成”選項(xiàng)卡，就能查看Mind+軟件根據(jù)主窗口的程序積木框架自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼?；顒?dòng)三解讀程序代碼二、代碼解析代碼含義mind_n_temp=(String(analogRead(A0)).toInt());這行代碼從模擬引腳A0讀取模擬信號(hào)，然后將其轉(zhuǎn)換為整數(shù)，并將結(jié)果存儲(chǔ)在mind_n_temp變量中

Serial.println(mind_n_temp);這行代碼將上一步讀取的模擬電壓值通過(guò)串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)，以便在串口調(diào)試窗口中查看

if((mind_n_temp>200)){這是一個(gè)條件語(yǔ)句，用于檢查mind_n_temp變量是否大于200。如果條件成立，即模擬電壓值大于200，那么以下的代碼塊將會(huì)執(zhí)行

analogWrite(2,200);向數(shù)字引腳2、3、4輸入模擬信號(hào)，設(shè)置占空比為200/255，即設(shè)置輸出電壓的百分比約為78.4%。

analogWrite()函數(shù)是Arduino提供的函數(shù)，用于模擬輸出（PWM輸出），它允許通過(guò)改變電壓的占空比來(lái)模擬不同的電壓值。它雖然稱為analogWrite，但實(shí)際上是在數(shù)字引腳上生成PWM信號(hào)，模擬連續(xù)的變化。PWM技術(shù)會(huì)在模塊三中詳細(xì)介紹

analogWrite(3,200);

analogWrite(4,200);

delay(10000);代碼將會(huì)等待10s，這段時(shí)間內(nèi)上述模擬輸出會(huì)保持不變一、連接設(shè)備在Mind+軟件中選擇“上傳模式”，使用USB連接線將ArduinoMega2560開發(fā)板連接到計(jì)算機(jī)上，并單擊“連接設(shè)備”下拉按鈕，單擊相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行連接。如果沒(méi)有出現(xiàn)設(shè)備，則單擊“一鍵安裝串口驅(qū)動(dòng)”后再嘗試。二、上傳程序在Mind+軟件中單擊右上角的“上傳到設(shè)備”按鈕，完成程序的上傳。三、檢查運(yùn)行效果用手指觸碰觸摸開關(guān)，觸摸開關(guān)模塊指示燈呈紅色，查看串口調(diào)試窗口的數(shù)據(jù)顯示是否反映出燈狀態(tài)的變化。觸摸開關(guān)實(shí)物連接。觸摸開關(guān)控制程序運(yùn)行效果。 聲控?zé)暨\(yùn)行效果活動(dòng)四上傳與調(diào)試程序【任務(wù)評(píng)價(jià)】序號(hào)主要內(nèi)容評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1聲音采集傳感器的分類及工作原理能正確說(shuō)出聲音采集傳感器的分類及工作原理10

2聲音采集傳感器的識(shí)別能快速、準(zhǔn)確地從物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)套件中找出聲音采集傳感器10

3聲音采集傳感器引腳的識(shí)別能準(zhǔn)確說(shuō)出聲音采集傳感器引腳標(biāo)志的含義10

4聲音采集傳感器的組裝能根據(jù)設(shè)備連接圖快速組裝電路10

5聲音采集傳感器的調(diào)試能根據(jù)需求，正確搭建和配置Mind+軟件10

能使用Mind+軟件，利用程序積木正確編寫功能程序10

能正確運(yùn)行程序，使運(yùn)行結(jié)果與功能需求一致10

6職業(yè)素養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，操作要安全、規(guī)范。完成實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將相關(guān)元器件、模塊等收納整齊，并保持實(shí)驗(yàn)桌面干凈、整潔10

7學(xué)習(xí)態(tài)度能主動(dòng)參與課堂討論和實(shí)踐活動(dòng)，積極尋求解決問(wèn)題的方法10

能按時(shí)完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計(jì)100

【拓展學(xué)習(xí)】聲音采集傳感器的應(yīng)用聲音采集傳感器安防領(lǐng)域智能家居領(lǐng)域智能交通領(lǐng)域醫(yī)療健康領(lǐng)域消費(fèi)電子領(lǐng)域聲音采集傳感器的應(yīng)用【思考與練習(xí)】1．人耳可聽聲的頻率范圍是多少？2．聲音采集傳感器有哪些類型？3．請(qǐng)進(jìn)一步完善本任務(wù)，實(shí)現(xiàn)只在夜晚或亮度較低的陰天啟動(dòng)聲控?zé)簦ㄌ崾荆嚎纱钆涫褂霉饷魝鞲衅鳌＃┤蝿?wù)四溫濕度傳感器的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解DHT11溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。2．能根據(jù)溫濕度傳感器電路圖正確識(shí)別引腳，并進(jìn)行正確的組裝。3．能使用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)獲取溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)。4．培養(yǎng)數(shù)據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)性，樹立質(zhì)量第一意識(shí)。【任務(wù)情景】請(qǐng)利用物聯(lián)網(wǎng)套件，設(shè)計(jì)、制作一個(gè)智能花盆，以便實(shí)時(shí)獲取植物生長(zhǎng)環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)?！救蝿?wù)分析】要獲取環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，必須使用溫濕度傳感器，而溫濕度傳感器有許多類型，需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的要求來(lái)選擇測(cè)量范圍、精度適中的傳感器。在本任務(wù)中，我們要獲取的溫濕度數(shù)據(jù)為居住環(huán)境的室內(nèi)溫濕度。根據(jù)上述分析，本任務(wù)需要使用DHT11溫濕度傳感器、Arduino開發(fā)板等設(shè)備?！鞠嚓P(guān)知識(shí)】一、溫濕度傳感器簡(jiǎn)介二、DHT11溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)三、DHT11溫濕度傳感器的工作原理四、DHT11溫濕度傳感器的應(yīng)用一、溫濕度傳感器簡(jiǎn)介溫濕度傳感器是一種用于測(cè)量環(huán)境溫度和濕度的傳感器。溫濕度傳感器通常由一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)濕度傳感器組成，分別用于監(jiān)測(cè)環(huán)境中的溫度和濕度變化。本書使用DHT11溫濕度傳感器實(shí)現(xiàn)任務(wù)，DHT11溫濕度傳感器具有低成本、易于使用、集成度高、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。二、DHT11溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)DHT11溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由以下5個(gè)基本組件組成。（1）傳感元器件：DHT11溫濕度傳感器內(nèi)部的傳感元器件包括一個(gè)熱敏電阻和一個(gè)濕敏元器件，它們分別負(fù)責(zé)測(cè)量溫度和濕度的變化。（2）控制電路（MCU）：DHT11溫濕度傳感器內(nèi)部包含一個(gè)控制電路（MCU），用于控制傳感元器件的工作和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。（3）數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）：用于解碼傳感元器件測(cè)量的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為可用的溫度值和濕度值。（4）單線串行通信引腳（DATA引腳）：DHT11溫濕度傳感器具有一個(gè)單線串行通信引腳，用于與主控設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。（5）外殼：DHT11溫濕度傳感器通常包含一個(gè)外殼，用于保護(hù)內(nèi)部組件并提供便于安裝和固定的結(jié)構(gòu)。

DHT11溫濕度傳感器三、DHT11溫濕度傳感器的工作原理DHT11溫濕度傳感器是一種數(shù)字溫濕度傳感器，它使用單線串行通信協(xié)議與主控設(shè)備（微控制器）進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。DHT11溫濕度傳感器的工作原理如下。（1）啟動(dòng)信號(hào)：主控設(shè)備向DHT11溫濕度傳感器發(fā)送一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，以請(qǐng)求溫濕度數(shù)據(jù)。啟動(dòng)信號(hào)為一個(gè)低電平信號(hào)，持續(xù)時(shí)間至少18ms，然后拉高信號(hào)并保持至少20μs。（2）數(shù)據(jù)傳輸：DHT11溫濕度傳感器在收到啟動(dòng)信號(hào)后開始進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的測(cè)量，并將數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式傳輸回主控設(shè)備。（3）數(shù)據(jù)編碼：DHT11溫濕度傳感器通過(guò)單線串行通信協(xié)議將溫濕度數(shù)據(jù)編碼傳輸。每個(gè)數(shù)據(jù)位的傳輸通過(guò)時(shí)間間隔的高低電平來(lái)表示，高電平時(shí)間間隔表示邏輯1，低電平時(shí)間間隔表示邏輯0。（4）數(shù)據(jù)格式：DHT11溫濕度傳感器發(fā)送40位數(shù)據(jù)，其中包括16位濕度數(shù)據(jù)、16位溫度數(shù)據(jù)和8位校驗(yàn)和。數(shù)據(jù)的高位先傳輸。（5）數(shù)據(jù)解碼：主控設(shè)備接收DHT11溫濕度傳感器發(fā)送的溫濕度數(shù)據(jù)，并根據(jù)時(shí)間間隔來(lái)解碼溫度和濕度數(shù)據(jù)。通過(guò)測(cè)量高低電平的時(shí)間間隔，主控設(shè)備可以獲取溫度和濕度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行校驗(yàn)以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。（6）數(shù)據(jù)計(jì)算：解碼后的溫度和濕度數(shù)據(jù)可以通過(guò)一定的計(jì)算公式轉(zhuǎn)換為實(shí)際的溫度和濕度值。四、DHT11溫濕度傳感器的應(yīng)用需要注意的是，DHT11溫濕度傳感器雖然應(yīng)用廣泛，但在一些對(duì)測(cè)量精度要求較高的應(yīng)用中不太適用。在這種情況下，需要更高精度的溫濕度傳感器。1．室內(nèi)溫濕度檢測(cè)DHT11溫濕度傳感器可用于檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度。這對(duì)于保持舒適的室內(nèi)氣候、控制空調(diào)和加濕器等設(shè)備的運(yùn)行非常重要。2．溫濕度控制DHT11溫濕度傳感器可用于溫濕度控制，使用場(chǎng)景如溫室、孵化箱、恒溫箱等。通過(guò)測(cè)量溫濕度并與設(shè)定值進(jìn)行比較，DHT11溫濕度傳感器可以自動(dòng)控制加熱設(shè)備、冷卻設(shè)備和濕化設(shè)備。3．大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)DHT11溫濕度傳感器可用于監(jiān)測(cè)大氣中的溫度和濕度，常用于如氣象觀測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和氣候研究等領(lǐng)域。4．倉(cāng)儲(chǔ)管理DHT11溫濕度傳感器可用于檢測(cè)倉(cāng)庫(kù)或儲(chǔ)存設(shè)施內(nèi)的溫濕度，以確保貨物的質(zhì)量和保存條件。5．農(nóng)業(yè)應(yīng)用DHT11溫濕度傳感器可用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，檢測(cè)溫室、農(nóng)田和養(yǎng)殖場(chǎng)的溫濕度，幫助農(nóng)民控制種植條件和動(dòng)物飼養(yǎng)環(huán)境。6．家庭自動(dòng)化DHT11溫濕度傳感器可用于家庭自動(dòng)化系統(tǒng)，例如智能恒溫器、濕度控制器和智能家居設(shè)備等。DHT11溫濕度傳感器可與其他設(shè)備集成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和智能化管理?！炯寄苡?xùn)練】活動(dòng)一

組裝設(shè)備活動(dòng)二

編寫圖形程序活動(dòng)三

解讀程序代碼活動(dòng)四上傳與調(diào)試程序活動(dòng)一組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系在本任務(wù)中，使用DHT11溫濕度傳感器來(lái)檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度，并將檢測(cè)到的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給ArduinoMega2560開發(fā)板。通過(guò)程序?qū)貪穸葦?shù)據(jù)解析出來(lái)，并在串口調(diào)試窗口中查看當(dāng)前的溫度和濕度。各硬件之間的關(guān)系活動(dòng)一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識(shí)讀引腳標(biāo)志仔細(xì)觀察各硬件模塊的引腳標(biāo)志，并準(zhǔn)確理解各個(gè)標(biāo)志的含義。（1）DHT11溫濕度傳感器的VCC引腳表示電源正極。（2）DHT11溫濕度傳感器的GND引腳為接地引腳，表示電源負(fù)極。（3）DHT11溫濕度傳感器的OUT引腳為信息輸出引腳，表示DHT11溫濕度傳感器的輸出狀態(tài)，輸出信號(hào)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)。2．連接引腳（1）將DHT11溫濕度傳感器的VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的3.3V或5V引腳上。（2）將Arduino開發(fā)板的GND引腳與DHT11溫濕度傳感器的GND引腳連接在一起。（3）把DHT11溫濕度傳感器的OUT引腳接到Arduino開發(fā)板的任意數(shù)字引腳［DIGITAL（數(shù)字輸入）區(qū)域］上，本任務(wù)中使用Arduino開發(fā)板DIGITAL區(qū)域的引腳2。智能花盆的設(shè)備接線圖活動(dòng)一組裝設(shè)備三、組裝設(shè)備的注意事項(xiàng)如下。（1）DHT11溫濕度傳感器的OUT引腳傳輸?shù)男盘?hào)是數(shù)字信號(hào)，因此需要接在Arduino開發(fā)板的DIGITAL區(qū)域的端口上。（2）DHT11溫濕度傳感器的VCC是供電電源的輸入端，可以接3.3V電壓，也可以接5V電壓。（3）連接線上的引腳較尖銳，在操作過(guò)程中要注意安全?；顒?dòng)二編寫圖形程序一、分析程序流程（1）添加DHT11溫濕度傳感器。（2）由于DHT11是一個(gè)已經(jīng)校準(zhǔn)過(guò)的數(shù)字溫濕度傳感器（它內(nèi)部的傳感器元器件在制造過(guò)程中經(jīng)過(guò)了標(biāo)定，以確保在一定的誤差范圍內(nèi)提供準(zhǔn)確的溫度和濕度參數(shù)），通過(guò)Arduino開發(fā)板的數(shù)字引腳接收的數(shù)字信號(hào)會(huì)被解析為一個(gè)包含溫濕度參數(shù)的封裝對(duì)象，因此，連接好硬件后，需要調(diào)用Mind+軟件中DHT11/22封裝好的傳感器方法，對(duì)串口傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，讀取傳感器返回的溫度值與相對(duì)濕度值。（3）通過(guò)對(duì)串口傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，可以獲取當(dāng)前環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，其類型為數(shù)字類型，需要對(duì)數(shù)據(jù)的格式和類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，才能在串口調(diào)試窗口中正確顯示。本任務(wù)使用的DHT11溫濕度傳感器的測(cè)量精度為濕度±5%RH，溫度±2℃，測(cè)量范圍為濕度5%～95%RH，溫度-20℃～60℃。因此溫度和濕度值只能精確到個(gè)位，為了美化輸出信息的格式，需要去除小數(shù)。智能花盆程序流程圖活動(dòng)二編寫圖形程序二、搭建程序積木聲控?zé)舫绦蛲暾鞒袒顒?dòng)三解讀程序代碼一、查看Mind+軟件自動(dòng)生成的代碼通過(guò)活動(dòng)二搭建好了程序積木框架，為了更好地理解程序的運(yùn)行邏輯，還需要對(duì)Mind+軟件自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼進(jìn)行解讀，以提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)編程能力。可以按以下操作，查看Mind+軟件根據(jù)程序積木自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼（Mind+軟件會(huì)自動(dòng)修改變量名、添加注釋）。（1）單擊Mind+軟件右上角的“代碼區(qū)”按鈕。（2）單擊“自動(dòng)生成”選項(xiàng)卡，如圖2-10所示，就能查看Mind+軟件根據(jù)主窗口的程序積木框架自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼。智能花盆的ArduinoC語(yǔ)言的代碼活動(dòng)四上傳與調(diào)試程序一、連接設(shè)備在Mind+軟件中選擇“上傳模式”，使用USB連接線將ArduinoMega2560開發(fā)板連接到計(jì)算機(jī)上，并單擊“連接設(shè)備”下拉按鈕，單擊相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行連接。如果沒(méi)有出現(xiàn)設(shè)備，則單擊“一鍵安裝串口驅(qū)動(dòng)”后再嘗試。二、上傳程序在Mind+軟件中單擊右上角的“上傳到設(shè)備”按鈕，完成程序的上傳。三、檢查運(yùn)行效果用手指觸碰觸摸開關(guān)，觸摸開關(guān)模塊指示燈呈紅色，查看串口調(diào)試窗口的數(shù)據(jù)顯示是否反映出燈狀態(tài)的變化。觸摸開關(guān)實(shí)物連接。觸摸開關(guān)控制程序運(yùn)行效果。 智能花盆的實(shí)物連接與串口運(yùn)行效果活動(dòng)三解讀程序代碼二、代碼解析代碼含義#include<DFRobot_DHT.h>這行代碼引入了一個(gè)名為DFRobot_DHT的庫(kù)，該庫(kù)用于操作DHT系列溫濕度傳感器//動(dòng)態(tài)變量定義一個(gè)字符串類型變量mind_s_result，用于存儲(chǔ)要輸出到串口的結(jié)果Stringmind_s_result;volatilefloatmind_n_temp,mind_n_humi;當(dāng)使用volatile關(guān)鍵字修飾變量時(shí)，編譯器會(huì)確保每次訪問(wèn)這個(gè)變量的時(shí)候都從內(nèi)存中讀取最新的值，而不會(huì)使用之前緩存的值。在多線程環(huán)境中，或者當(dāng)變量的值會(huì)被外部因素（如硬件中斷）修改的情況下，保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性和可預(yù)測(cè)性是非常重要的//創(chuàng)建對(duì)象使用DFRobot_DHTdht11_2;創(chuàng)建了一個(gè)名為dht11_2的DHT11溫濕度傳感器對(duì)象DFRobot_DHTdht11_2;dht11_2.begin(2,DHT11);初始化dht11_2對(duì)象，指定傳感器連接的引腳2和傳感器類型DHT11mind_n_temp=dht11_2.getTemperature();從dht11_2對(duì)象中讀取溫度，并將其存儲(chǔ)在mind_n_temp變量中mind_s_result=(String("當(dāng)前溫度是：")+String(mind_n_temp));構(gòu)建一個(gè)包含溫度值的字符串，并將其存儲(chǔ)在mind_s_result變量中Serial.println((String(mind_s_result)+String("℃")));將溫度值和單位（℃）一起輸出到串口調(diào)試窗口mind_n_humi=dht11_2.getHumidity();從dht11_2對(duì)象中讀取濕度，并將其存儲(chǔ)在mind_n_humi變量中mind_s_result=(String("當(dāng)前濕度為：")+String(mind_n_humi));構(gòu)建一個(gè)包含濕度值的字符串，并將其存儲(chǔ)在mind_s_result變量中Serial.println((String(mind_s_result)+String("%")));將濕度值和單位（%）一起輸出到串口調(diào)試窗口

delay(1000);延遲1s，以便稍等一段時(shí)間再次讀取溫濕度數(shù)據(jù)【任務(wù)評(píng)價(jià)】序號(hào)主要內(nèi)容評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1溫濕度傳感器的工作原理能正確說(shuō)出溫濕度傳感器的工作原理10

2溫濕度傳感器的識(shí)別能快速、準(zhǔn)確地從物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)套件中找出溫濕度傳感器10

3溫濕度傳感器引腳的識(shí)別能準(zhǔn)確說(shuō)出溫濕度傳感器引腳標(biāo)志的含義10

4溫濕度傳感器的組裝能根據(jù)設(shè)備連接圖快速組裝電路10

5溫濕度傳感器的調(diào)試能根據(jù)需求，正確搭建和配置Mind+軟件10

能使用Mind+軟件，利用程序積木正確編寫功能程序10

能正確運(yùn)行程序，使運(yùn)行結(jié)果與功能需求一致10

6職業(yè)素養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，操作要安全、規(guī)范。完成實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將相關(guān)元器件、模塊等收納整齊，保持實(shí)驗(yàn)桌面干凈、整潔10

7學(xué)習(xí)態(tài)度能主動(dòng)參與課堂討論和實(shí)踐活動(dòng)，積極尋求解決問(wèn)題的方法10

能按時(shí)完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計(jì)100

【拓展學(xué)習(xí)】溫濕度傳感器的漂移零點(diǎn)漂移溫度漂移溫濕度傳感器的零點(diǎn)漂移和溫度漂移現(xiàn)象【思考與練習(xí)】1.通過(guò)本任務(wù)，我們了解了溫濕度數(shù)據(jù)是如何獲取的，請(qǐng)思考：通過(guò)程序獲取的數(shù)據(jù)為什么要封裝成對(duì)象呢？2．參考本任務(wù)，按下列要求改動(dòng)程序。當(dāng)濕度值大于70%時(shí)，輸出“今天有雨”，否則，輸出“天氣晴朗”。當(dāng)溫度值大于35℃時(shí)，輸出“今日高溫，請(qǐng)做好防暑降溫工作”。當(dāng)溫度值小于0℃時(shí)，輸出“今日低溫，請(qǐng)做好防寒保暖工作”。當(dāng)同時(shí)符合兩個(gè)條件時(shí)，需輸出對(duì)應(yīng)的兩種提示。任務(wù)五紅外感應(yīng)傳感器的安裝與調(diào)試【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解紅外感應(yīng)傳感器的工作原理。2．能正確連接、安裝紅外感應(yīng)傳感器，并讀取紅外感應(yīng)傳感器的數(shù)據(jù)。3．養(yǎng)成耐心、細(xì)致的學(xué)習(xí)態(tài)度，建立規(guī)范化的操作習(xí)慣?！救蝿?wù)情景】為了方便家里老人晚上起夜時(shí)照明，同時(shí)又不影響家中其他人的睡眠，請(qǐng)使用物聯(lián)網(wǎng)套件設(shè)計(jì)并制作一盞紅外感應(yīng)燈?！救蝿?wù)分析】為了在深夜保持一個(gè)安靜的環(huán)境，同時(shí)電燈又能在人靠近的時(shí)候自動(dòng)打開，需要考慮采用更加安靜、可靠的信息采集設(shè)備——紅外感應(yīng)傳感器。本任務(wù)使用紅外感應(yīng)傳感器、RGB彩燈模塊、Arduino開發(fā)板等設(shè)備實(shí)現(xiàn)紅外感應(yīng)燈的制作?！鞠嚓P(guān)知識(shí)】一、紅外感應(yīng)傳感器簡(jiǎn)介二、紅外感應(yīng)傳感器的結(jié)構(gòu)三、紅外感應(yīng)傳感器的工作原理四、紅外感應(yīng)傳感器的應(yīng)用一、紅外感應(yīng)傳感器簡(jiǎn)介紅外感應(yīng)傳感器是一種用于檢測(cè)生物體運(yùn)動(dòng)的傳感器。紅外感應(yīng)傳感器通過(guò)檢測(cè)周圍物體反射或發(fā)射的紅外線來(lái)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)，是一種非接觸式傳感器。紅外感應(yīng)傳感器廣泛應(yīng)用于智能家居、自動(dòng)化控制、安防等領(lǐng)域。紅外感應(yīng)傳感器可以分為發(fā)射型和接收型兩種。發(fā)射型紅外感應(yīng)傳感器會(huì)發(fā)射一定頻率的紅外線，當(dāng)有物體進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)，物體會(huì)反射一部分紅外線回來(lái)，傳感器就會(huì)接收這些反射回來(lái)的紅外線信號(hào)并進(jìn)行信號(hào)處理。接收型紅外感應(yīng)傳感器通過(guò)接收周圍物體發(fā)射的紅外線來(lái)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)。在使用紅外感應(yīng)傳感器時(shí)，需要考慮其感應(yīng)范圍、感應(yīng)角度、感應(yīng)距離等因素。此外，由于紅外線在夜間或弱光環(huán)境下的反射效果較差，因此需要特別注意紅外感應(yīng)傳感器的使用環(huán)境。紅外感應(yīng)傳感器外觀二、紅外感應(yīng)傳感器的結(jié)構(gòu)紅外感應(yīng)傳感器由菲涅耳透鏡、熱釋電探測(cè)儀和放大電路組成。為防止外部環(huán)境對(duì)傳感器輸出信號(hào)的干擾，上述元器件被真空封裝在—個(gè)金屬匣內(nèi)。紅外感應(yīng)傳感器的濾光片為帶通濾光片，它封裝在傳感器殼體的頂端，特定波長(zhǎng)的紅外線可以通過(guò)它，到達(dá)熱釋電探測(cè)儀。熱釋電探測(cè)儀是紅外感應(yīng)傳感器的核心元器件，它是在熱釋電晶體的兩面鍍上金屬電極后制成的，相當(dāng)于一個(gè)以熱釋電晶體為電介質(zhì)的平板電容器。當(dāng)熱釋電探測(cè)儀受到非恒定強(qiáng)度的紅外線照射時(shí)，其產(chǎn)生的溫度變化會(huì)導(dǎo)致金屬電極的電荷密度發(fā)生改變，從而產(chǎn)生熱釋電流。熱釋電探測(cè)儀外部結(jié)構(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

紅外感應(yīng)傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)紅外感應(yīng)傳感器的熱釋電探測(cè)儀外部結(jié)構(gòu)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)二、紅外感應(yīng)傳感器的結(jié)構(gòu)一個(gè)放大電路可以包含一個(gè)高內(nèi)阻的場(chǎng)效應(yīng)管源極跟隨器，其作為電路的一部分，用于阻抗匹配和驅(qū)動(dòng)負(fù)載，通過(guò)阻抗變換，將熱釋電探測(cè)儀微弱的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為有用的電壓信號(hào)并輸出。放大電路必須具備高增益、低噪聲、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，以便從眾多的噪聲干擾中提取微弱的電流信號(hào)。熱釋電探測(cè)儀和放大電路通常集成在晶體管內(nèi)，以避免空氣中的水分使泄漏電流增大。這種結(jié)構(gòu)的放大電路信噪比高，受溫度影響小。

三、紅外感應(yīng)傳感器的工作原理紅外感應(yīng)傳感器可以探測(cè)生物體的存在和運(yùn)動(dòng)。其工作原理主要基于被動(dòng)紅外（PassiveInfrared，PIR）技術(shù)。被動(dòng)紅外技術(shù)利用生物體的熱輻射特性來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)。在紅外感應(yīng)傳感器中有一種特殊的晶體，它具有特別的功能：在常態(tài)下，晶體表面會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生一些正電荷和負(fù)電荷，分別聚集在晶體的兩側(cè)?？諝庵写嬖谝恍┳杂呻娮?，這些電子會(huì)附著在晶體表面，與晶體表面的電荷發(fā)生中和作用。因此，在正常情況下，晶體不會(huì)表現(xiàn)出明顯的電性。然而，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，晶體表面的部分電荷會(huì)被消耗，導(dǎo)致晶體兩側(cè)產(chǎn)生微弱的電壓。當(dāng)溫度不再變化時(shí)，晶體表面的電荷趨于平衡狀態(tài)，不再表現(xiàn)出電性。紅外感應(yīng)傳感器可以用于檢測(cè)生物體產(chǎn)生的紅外線，它對(duì)體溫約37℃的生物體產(chǎn)生的紅外線具有敏感性。但需要注意的是，紅外感應(yīng)傳感器只有在溫度發(fā)生變化時(shí)才會(huì)有反應(yīng)；當(dāng)檢測(cè)區(qū)域的溫度保持不變時(shí)，紅外感應(yīng)傳感器不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。換句話說(shuō)，如果有人一直出現(xiàn)在檢測(cè)區(qū)域并保持靜止，由于該檢測(cè)點(diǎn)的溫度沒(méi)有變化，紅外感應(yīng)傳感器將不會(huì)有任何反應(yīng)。四、紅外感應(yīng)傳感器的應(yīng)用紅外感應(yīng)傳感器廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，以下是一些常見的應(yīng)用場(chǎng)景。（1）安防系統(tǒng)紅外感應(yīng)傳感器可用于安防系統(tǒng)，檢測(cè)生物體的運(yùn)動(dòng)。（2）自動(dòng)照明紅外感應(yīng)傳感器可用于自動(dòng)照明系統(tǒng)。（3）智能家居紅外感應(yīng)傳感器可用于檢測(cè)人員在房間內(nèi)的活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制燈光、溫度、安全系統(tǒng)等。（4）人體檢測(cè)紅外感應(yīng)傳感器在人體檢測(cè)應(yīng)用中發(fā)揮關(guān)鍵作用。（5）紅外熱像儀紅外感應(yīng)傳感器可用于紅外熱像儀。（6）自動(dòng)化設(shè)備紅外感應(yīng)傳感器也廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化設(shè)備中?！炯寄苡?xùn)練】活動(dòng)一

組裝設(shè)備活動(dòng)二

編寫圖形程序活動(dòng)三

解讀程序代碼活動(dòng)四上傳與調(diào)試程序活動(dòng)一組裝設(shè)備一、梳理設(shè)備控制的邏輯關(guān)系紅外感應(yīng)傳感器利用生物體的熱輻射特性來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，將采集到的生物體紅外狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給ArduinoMega2560開發(fā)板。開發(fā)板根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，向RGB彩燈模塊發(fā)送燈光控制信號(hào)。各硬件之間的關(guān)系活動(dòng)一組裝設(shè)備二、組裝硬件設(shè)備1．識(shí)讀引腳標(biāo)志仔細(xì)觀察各硬件模塊的引腳標(biāo)志，并準(zhǔn)確理解各個(gè)標(biāo)志的含義。（1）紅外感應(yīng)傳感器的VCC引腳表示電源正極。（2）紅外感應(yīng)傳感器的GND引腳是接地引腳，用于連接電源的負(fù)極。（3）紅外感應(yīng)傳感器的OUT引腳是信息輸出引腳，表示紅外感應(yīng)傳感器的輸出狀態(tài)，輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，可以連接到Arduino開發(fā)板的任意一個(gè)數(shù)字引腳［DIGITAL（數(shù)字輸入）區(qū)域］上。（4）RGB彩燈模塊具有3個(gè)引腳R、G、B，分別代表紅色、綠色和藍(lán)色的燈光信號(hào)。（5）RGB彩燈模塊的GND引腳是接地引腳，表示電源負(fù)極。紅外感應(yīng)燈的設(shè)備連接效果2．連接引腳（1）將紅外感應(yīng)傳感器的VCC引腳接到Arduino開發(fā)板的3.3V或5V引腳上。（2）將Arduino開發(fā)板的GND引腳與紅外感應(yīng)傳感器的GND引腳相連。（3）使用引線將紅外感應(yīng)傳感器的OUT引腳接到Arduino開發(fā)板的DIGITAL區(qū)域的引腳5上。（4）將RGB彩燈模塊的R、G、B這3個(gè)引腳與Arduino開發(fā)板的數(shù)字引腳2、3、4分別相連。（5）將Arduino開發(fā)板的GND引腳與RGB彩燈模塊的GND引腳相連?；顒?dòng)一組裝設(shè)備三、組裝設(shè)備的注意事項(xiàng)如下。（1）紅外感應(yīng)傳感器的OUT引腳傳輸?shù)男盘?hào)是數(shù)字信號(hào)，因此需要接在Arduino開發(fā)板的DIGITAL（PWM）區(qū)域的端口上。（2）紅外感應(yīng)傳感器的VCC引腳是驅(qū)動(dòng)電流的輸入端，可以接3.3V電壓，也可以接5V電壓。（3）連接線上的引腳較尖銳，在操作過(guò)程中要注意安全。活動(dòng)二編寫圖形程序一、分析程序流程紅外感應(yīng)燈測(cè)試程序流程圖如左圖所示。（1）定義變量IR_status，表示紅外感應(yīng)傳感器返回的檢測(cè)結(jié)果。（2）當(dāng)紅外感應(yīng)傳感器檢測(cè)到有生物體活動(dòng)時(shí)，IR_status變量會(huì)接收數(shù)字引腳5的信號(hào)，當(dāng)返回值為0時(shí)，表示沒(méi)有檢測(cè)到有生物體活動(dòng)；當(dāng)返回值為1時(shí)，表示檢測(cè)到有生物體活動(dòng)。（3）串口輸出IR_status值的目的是在編程過(guò)程中檢測(cè)紅外感應(yīng)傳感器是否正確工作，這并不是必需的部分。（4）對(duì)IR_status值進(jìn)行判斷，在程序調(diào)試時(shí)，我們可根據(jù)IR_status值對(duì)RGB燈進(jìn)行控制，同時(shí)，為了看清紅外感應(yīng)傳感器返回的值，需要在每次檢測(cè)后使用延時(shí)1s的程序控制?；顒?dòng)二編寫圖形程序二、搭建程序積木紅外感應(yīng)燈的程序完整流程活動(dòng)三解讀程序代碼一、查看Mind+軟件自動(dòng)生成的代碼通過(guò)活動(dòng)二搭建好了程序積木框架，為了更好地理解程序的運(yùn)行邏輯，還需要對(duì)Mind+軟件自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼進(jìn)行解讀，以提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)編程能力?？梢园匆韵虏僮?，查看Mind+軟件根據(jù)程序積木自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼（Mind+軟件會(huì)自動(dòng)修改變量名、添加注釋）。（1）單擊Mind+軟件右上角的“代碼區(qū)”按鈕。（2）單擊“自動(dòng)生成”選項(xiàng)卡，就能查看Mind+軟件根據(jù)主窗口的程序積木框架自動(dòng)生成的ArduinoC語(yǔ)言的代碼。紅外感應(yīng)燈的ArduinoC語(yǔ)言的代碼活動(dòng)三解讀程序代碼二、代碼解析代碼含義mind_n_IR_status=digitalRead(5);讀取數(shù)字引腳5的狀態(tài)（高電平或低電平）并存儲(chǔ)在mind_n_IR_status變量中。這里使用digitalRead()函數(shù)來(lái)讀取數(shù)字輸入的狀態(tài)Serial.println(mind_n_IR_status);將mind_n_IR_status的值通過(guò)串口發(fā)送給計(jì)算機(jī)，以便在串口調(diào)試窗口中查看數(shù)字引腳5的狀態(tài)

if((mind_n_IR_status==1)){這是一個(gè)條件語(yǔ)句，用于檢查mind_n_IR_status的值是否等于1，即數(shù)字引腳5是否為高電平

Serial.println("來(lái)人亮燈");向串口發(fā)送消息，表示有生物體靠近，燈需要亮起

analogWrite(2,200);向數(shù)字引腳3、4、5輸入數(shù)字信號(hào)

analogWrite(3,200);

analogWrite(4,200);

Serial.println("無(wú)人關(guān)燈");向串口發(fā)送消息，表示沒(méi)有生物體靠近，LED燈需要熄滅活動(dòng)四上傳與調(diào)試程序一、連接設(shè)備在Mind+軟件中選擇“上傳模式”，使用USB連接線將ArduinoMega2560開發(fā)板連接到計(jì)算機(jī)上，并單擊“連接設(shè)備”下拉按鈕，單擊相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行連接。如果沒(méi)有出現(xiàn)設(shè)備，則單擊“一鍵安裝串口驅(qū)動(dòng)”后再嘗試。二、上傳程序在Mind+軟件中單擊右上角的“上傳到設(shè)備”按鈕，完成程序的上傳。三、檢查運(yùn)行效果用手指觸碰觸摸開關(guān)，觸摸開關(guān)模塊指示燈呈紅色，查看串口調(diào)試窗口的數(shù)據(jù)顯示是否反映出燈狀態(tài)的變化。觸摸開關(guān)實(shí)物連接。觸摸開關(guān)控制程序運(yùn)行效果。 紅外感應(yīng)燈的點(diǎn)亮與熄滅效果【任務(wù)評(píng)價(jià)】序號(hào)主要內(nèi)容評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值/分得分/分1紅外感應(yīng)傳感器的工作原理能正確說(shuō)出紅外感應(yīng)傳感器的工作原理10

2紅外感應(yīng)傳感器的識(shí)別能快速、準(zhǔn)確地從物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)套件中找出紅外感應(yīng)傳感器10

3紅外感應(yīng)傳感器引腳的識(shí)別能準(zhǔn)確說(shuō)出紅外感應(yīng)傳感器引腳標(biāo)志的含義10

4紅外感應(yīng)傳感器的組裝能根據(jù)設(shè)備連接圖快速組裝電路10

5紅外感應(yīng)傳感器的調(diào)試能根據(jù)需求，正確搭建和配置Mind+軟件10

能使用Mind+軟件，利用程序積木正確編寫功能程序10

能正確運(yùn)行程序，使運(yùn)行結(jié)果與功能需求一致10

6職業(yè)素養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，操作要安全、規(guī)范。完成實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將相關(guān)元器件、模塊等收納整齊，保持實(shí)驗(yàn)桌面干凈、整潔10

7學(xué)習(xí)態(tài)度能主動(dòng)參與課堂討論和實(shí)踐活動(dòng)，積極尋求解決問(wèn)題的方法10

能按時(shí)完成學(xué)習(xí)及工作任務(wù)10

總計(jì)100

【拓展學(xué)習(xí)】紅外感應(yīng)傳感器能全方位探測(cè)的原因紅外感應(yīng)傳感器中使用的透鏡——菲涅耳透鏡，它是法國(guó)物理學(xué)家菲涅耳（Fresnel）設(shè)計(jì)的，最早用于導(dǎo)航燈塔，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于探測(cè)距離在30m以內(nèi)的探測(cè)器中。菲涅耳透鏡內(nèi)部刻有齒紋，可以將入射光的頻率峰值限制在10μm左右。菲涅耳透鏡一般設(shè)計(jì)厚度為0.65mm～1.5mm，表面加工成由小到大的同心圓，它們看起來(lái)像是一圈一圈的鋸齒。每個(gè)鋸齒的頂部是由相同大小的圓弧組成的圓弧線。圓形菲涅耳透鏡可以切割成小片并組成多層、多視區(qū)的菲涅耳透鏡，視