【Arduino】108种传感器与模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）

半导体

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37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试做实验，不管成功与否，都会记录下来---小小的进步或是搞不定的问题，希望能够抛砖引玉。

Arduino 系列传感器实验目录清单：

3楼       实验一：干簧管传感器模块
12楼       实验二：光敏电阻传感器模块
26楼       实验三：微波雷达传感器模块
38楼       实验四：振动传感器模块
50楼       实验五：热敏电阻温度传感器模块
59楼       实验六：KY-038高感度声音传感器模块
70楼       实验七：旋转电位器模块
78楼       实验八：湿度传感器模块
94楼       实验九：火焰（红外线）传感器模块
109楼    实验十：敲击传感器模块
120楼    实验十一：金属触摸传感器模块KY-36
127楼    实验十二：线性霍尔磁力传感器模块
140楼    实验十三：触摸传感器模块
150楼    实验十四：倾斜传感器模块（角度开关）
167楼    实验十五：手指侦测心跳传感器模块KY-039
179楼    实验十六：电容式数字触摸传感器模块（TTP223）
193楼    实验十七：HC-SR312微型人体感应传感器模块
211楼    实验十八：0.25W太阳能滴胶板传感器模块（45X45MM）
222楼    实验十九：常闭型SW-420震动开关传感器模块
236楼    实验二十：水银开关传感器模块（KY-017）
251楼    实验二十一：激光头传感器模块（KY-008）
266楼    实验二十二：MAX7219点阵显示模块（8X8 LED共阴）
290楼实验二十三：NE555频率可调脉冲发生器模块
307楼实验二十四：水位水滴传感器模块
317楼实验二十五：MQ-2气敏式烟雾传感器模块
342楼实验二十六：4X4矩阵键盘模块
357楼实验二十七：BMP280 高精度气压温度传感器模块
372楼实验二十八：5050 RGB全彩LED模块
385楼实验二十九：DS1302 实时时钟模块
406楼实验三十：光敏二极管传感器模块
426楼实验三十一：ISD1820录音语音模块（8-20秒）
450楼实验三十二：雨滴传感器模块（雨水/雨量/叶面湿度）
468楼实验三十三：ESO8266串口WIFI收发无线模块（ESP-01S）
494楼实验三十四：三色LED交通灯模块（红黄绿灯）
507楼实验三十五：模拟量声音传感器模块（四线制）
526楼实验三十六：WS2812B智能外控集成LED四位彩灯模块
542楼实验三十七：MQ-3酒精乙醇传感器模块（半导体式）
570楼实验三十八：joystick双轴XY按键摇杆模块（PS2游戏控制杆）
593楼实验三十九：DS18B20 单总线数字温度传感器模块
616楼实验四十：360度旋转增量编码器模块（KY-040）
639楼实验四十一：IS0203激光接收管传感器模块
660楼实验四十二：5V低电平触发单路继电器模块（常开常闭型）
681楼实验四十三：DSM501A韩国PM2.5灰尘粉尘传感器模块
713楼实验四十四：类比霍尔磁性传感器 KY-035（模拟量）
739楼实验四十五：红外避障传感器模块（光电接近开关）
756楼实验四十六：350Ω高精度电阻式应变片传感器 (弯曲感测器)
768楼实验四十七：七段LED数码管模块Seven Segment Display
785楼实验四十八：GY-291 数字三轴重力加速度倾斜度模块
810楼实验四十九：有源蜂鸣器报警器发声模块（低电平触发）
825楼实验五十：W25Q64 64Mbit FLASH外扩存储模块（SPI接口）
841楼实验五十一：自锁点动触摸按键传感器模块（TTP223芯片）
867楼实验五十二：SPI接口Micro SD卡模块  TF卡读写卡器
886楼实验五十三：土壤湿度水分传感器模块（电阻式）
910楼实验五十四：大按键点动轻触开关模块（高电平输出）
925楼实验五十五：DHT11 温湿度复合传感器模块（数字型单总线通信）
949楼实验五十六： 8路LED流水灯跑马灯模块SUNLEPHANT
965楼实验五十七：四档频率占空比可调模块矩形波信号发生器（NE555）
984楼实验五十八： HC-SR04超声波测距传感器模块（4针通用款）
1015楼  实验五十九： RS232转TTL2代串口模块刷机板（MAX3232芯片）
1013楼  实验六十：ATTINY85 Digispark kickstarter 微型 USB 开发板
1072楼  实验六十一：直条8位 WS2812B 5050 RGB LED内置全彩模块
1092楼  实验六十二：电压检测模块 Voltage Sensor 电压传感器
1110楼  实验六十三： 1排4键薄膜开关 Arduino扩展键盘模块（控制面板）
1124楼  实验六十四： TCS3200D颜色识别传感器（可编程彩色光频转换器）
1147楼  实验六十五： 5MM三色RGB全彩LED模块颜色传感器KY-016
1163楼  实验六十六： TCRT5000红外反射光电开关寻迹传感器模块
1185楼  实验六十七：HC-SR501 热释电人体红外感应传感器模块
1214楼  实验六十八：BMP180 新款 BOSCH温度模块气压传感器
1235楼  实验六十九： AT24C256 I2C接口 EEPROM 存储模块 IIC
1250楼  实验七十： GY-30 数字光强度模块光照传感器（BH1750FVI芯片）
1274楼  实验七十一：电容式土壤湿度传感器模块不易腐蚀宽电压（TL555I）
1296楼  实验七十二：HX1838红外无线遥控红外扩展模块(遥控器+接收板)
1320楼  实验七十三：人体秤50kg称重传感器模块（电阻应变半桥式）
1354楼  实验七十四：4位LED数码管模块0.36英寸亮度可调带时钟点（ TM1637）
1373楼  实验七十五： GY-NEO-6MV2新款飞控GPS模块（带大天线）
1394楼  实验七十六：TTL转RS-485模块 MAX485 RS485模块
1420楼  实验七十七： 2路继电器模块带光耦保护Arduino扩展板
1437楼  实验七十八： LGT8F328P LQFP32 MiniEVB开发板
1458楼  实验七十九：模拟灰度传感器（反射式光电模块）
1474楼  实验八十： ov7670摄像头模块30W采集拍照模组（替OV7725）
1495楼  实验八十一：槽型光耦对射光电开关模块（红外计数测速传感器）
1510楼  实验八十二： MQ135空气质量检测传感器模块（有害气体检测)
1533楼  实验八十三： 4路TTP224电容式触摸模块人体数字触摸传感器
1553楼  实验八十四： 8位LED数码管MAX7219模块（支持级联控制）
1568楼  实验八十五：开源 Mini MP3 Player SD卡播放器模块（YX5200）
1600楼  实验八十六： 180度SG90舵机模块（模拟9G）
1619楼  实验八十七： DS1307时钟模块 Tiny RTC I2C模块 24C32存储器
1636楼  实验八十八： LCD1602液晶屏5V显示模块
1666楼  实验八十九： WS2812B-4*4位 RGB LED 全彩驱动16位彩灯模块
1688楼  实验九十：步进电机+ULN2003驱动板 4相 5线 5V步进电机模组
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花雕 · 2019-6-16 17:32:20

花雕 · 2019-6-17 17:30:16

实验二十六：4X4矩阵键盘模块（轻触式按键）

矩阵键盘
是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。由于电路设计时需要更多的外部输入，单独的控制一个按键需要浪费很多的IO资源，所以就有了矩阵键盘，常用的矩阵键盘有4X4和8X8,其中用的最多的是4X4。

花雕 · 2019-6-17 17:56:13

工作原理

矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是4X4个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。由于单片机IO端口具有线与的功能，因此当任意一个按键按下时，行和列都有一根线被线与，通过运算就可以得出按键的坐标从而判断按键键值。

花雕 · 2019-6-17 18:16:30

行列扫描法原理
1、使行线为编程的输入线，列线是输出线，拉低所有的列线，判断行线的变化，如果有按键按下，按键按下的对应行线被拉低，否则所有的行线都为高电平。
2、在第一步判断有键按下后，延时10ms消除机械抖动，再次读取行值，如果此行线还处于低电平状态则进入下一步，否则返回第一步重新判断。
3、开始扫描按键位置，采用逐行扫描，每间隔1ms的时间，分别拉低第一列，第二列，第三列，第四列，无论拉低哪一列其他三列都为高电平，读取行值找到按键的位置，分别把行值和列值储存在寄存器里。
4、从寄存器中找到行值和列值并把其合并，得到按键值，对此按键值进行编码，按照从第一行第一个一直到第四行第四个逐行进行编码，编码值从“0000” 至“1111” ，再进行译码，最后显示按键号码。

花雕 · 2019-6-17 19:32:54

4X4矩阵4管脚直插按键键盘
（1）体积小；
（2）节省空间；
（3）使用方便；
（4）共计16按键；
（5）单片机外扩键盘的上佳选择。

花雕 · 2019-6-17 19:34:29

矩阵键盘所需库文件
在Arduino IDE 1.8.0 或者以上版本中, 项目->加载库->管理库中搜索Keypad，然后安装即可。
也可以在下载库（需要下载库文件 https://github.com/Chris--A/Keypad），然后手动添加到IDE中。

花雕 · 2019-6-17 19:44:51

安装4*4矩阵键盘
4*4矩阵键盘有一个8孔的排母，理论上可以直接插到0-7脚上，但0,1脚用于串口通信，所以只能选择2~13脚，这里选用了2-9脚。

Keypad Pin R1 –> Arduino Pin 2
Keypad Pin R2 –> Arduino Pin 3
Keypad Pin R3 –> Arduino Pin 4
Keypad Pin R4 –> Arduino Pin 5
Keypad Pin C1 –> Arduino Pin 6
Keypad Pin C2 –> Arduino Pin 7
Keypad Pin C3 –> Arduino Pin 8
Keypad Pin C4 –> Arduino Pin 9

花雕 · 2019-6-17 19:50:03

/*
【Arduino】37种传感器模块系列实验（26）
实验二十六：4X4矩阵键盘模块（12键示例代码）
*/
#include
const byte ROWS = 4;
const byte COLS = 3;
char keys[ROWS][COLS] = {
{'1','2','3'},
{'4','5','6'},
{'7','8','9'},
{'#','0','*'}
};
byte rowPins[ROWS] = {5, 4, 3, 2};
byte colPins[COLS] = {8, 7, 6};
Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS );
void setup(){
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
char key = keypad.getKey();
if (key != NO_KEY){
Serial.println(key);
}
}

复制代码

花雕 · 2019-6-17 19:58:10

花雕 · 2019-6-17 20:02:31

这是一个非常简单的示例，可以看到将键盘输入添加到Arduino程序中是多么容易。也可以将此类输入用于许多不同的项目，包括：
● 门锁
● 输入PWM
● 闹钟
● 安全锁等

花雕 · 2019-6-17 20:10:35

/*
【Arduino】37种传感器模块系列实验（26）
实验二十六：4X4矩阵键盘模块（16键示例代码）
*/
#include
const byte ROWS = 4;
const byte COLS = 4;
char hexaKeys[ROWS][COLS] = {
{'1','2','3','A'},
{'4','5','6','B'},
{'7','8','9','C'},
{'*','0','#','D'}
};
byte rowPins[ROWS] = {2, 3, 4, 5};
byte colPins[COLS] = {6, 7, 8, 9};
Keypad customKeypad = Keypad( makeKeymap(hexaKeys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);
void setup(){
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
char customKey = customKeypad.getKey();
if (customKey){
Serial.println(customKey);
}
}

复制代码

花雕 · 2019-6-17 20:10:53

花雕 · 2019-6-17 20:18:09

程序思路
1
#include //加载库

2
const byte ROWS = 4;
const byte COLS = 4;
char keys[ROWS][COLS] = {
{'1','2','3','A'},
{'4','5','6','B'},
{'7','8','9','C'},
{'*','0','#','D'}
};//建立二维数组，用于设置按键的输出字符

3
byte rowPins[ROWS] = {2,3,4,5}; //定义行引脚
byte colPins[COLS] = {6,7,8,9}; //定义列引脚

4
Keypad keypad = Keypad( makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS ); //实例化Keypad 对象

5
char key = keypad.getKey();//新建一个key 变量用于获取键盘当前的值

花雕 · 2019-6-17 20:56:31

4X4矩阵键盘模块的一些应用电路

花雕 · 2019-6-17 20:59:21

花雕 · 2019-6-17 21:02:54

花雕 · 2019-6-18 06:31:35

实验二十七：GY-BMP280-3.3 高精度大气压强传感器模块

BMP280
博世Sensortec - BMP280 是一种专为移动应用设计的绝对气压传感器。该传感器模块采用极其紧凑的封装。得益于小尺寸和低功耗特性，这种器件可用在如移动电话、GPS 模块或手表等电池供电型设备中。与上代产品相同，BMP180、BMP280 也基于Bosch 成熟的压阻式压力传感器技术，具有高确度和线性度，以及长期稳定性和很高的 EMC 稳健性。多种设备工作选择带来了最高灵活性，可以在功耗、分辨率和滤波性能方面对设备进行优化。

花雕 · 2019-6-18 06:57:15

BMP280是博世最新推出的数字气压传感器，具有卓越的性能和低廉的价格，相对精度为±0.12 hPa（相当于±1米），传感器功耗仅有2.7μA。BMP280具有业界最小封装，采用极其紧凑的8引脚金属盖LGA封装，占位面积仅为2.0×2.5mm2，封装高度为0.95 mm。包括有压力和温度测量功能。该气压传感器支持SPI和IIC通信接口，相比上一代的BMP180，精度已有相当大的提升，非常适合应用于低成本的多旋翼飞行器飞行控制器上，价格仅有目前流行的MS5611的四分之一。传感器模块它的小尺寸和2.74μA@ 1Hz的低功耗允许在电池驱动的设备中实现。门内导航，医疗保健以及GPS改进的新兴应用需要高相对精度和低TCO。

花雕 · 2019-6-18 07:09:30

BMP280芯片结构图

花雕 · 2019-6-18 07:21:14

BMP280非常适用于地板水平检测等应用，因为传感器具有±0.12 hPa的优异相对精度，相当于±1m高度差，偏移温度系数（TCO）仅为1.5 Pa / K（相当于12.6厘米/ K）。作为广泛实施的BMP180的继承者，BMP280最初在2011年开始大量使用手机中的气压测量，BMP280在所有需要精确压力测量的应用中实现了高性能。同时，BMP280具有更高的应用灵活性，新的滤波器模式和SPI接口，而且相对于BMP180，占位面积缩小了63％。

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