常用数字、模拟量输出传感器原理介绍

哈喽，大家好，本期带来的是常用的数字量输出传感器的原理与使用说明，希望能对伙伴们有帮助！

实现目标：

了解常用传感器的原理实现，达到举一反三的效果，学会如何操作；

硬件准备：

声音传感器（或者其他同类传感器）

LED灯

单片机（STM32F103C8T6或其他）

软件：

keil5

先来介绍几款我们在DIY小玩意的时候经常用到的几款传感器：

一、常用传感器认识

1、声音传感器

声音传感器，在某宝很容易找到，一般有4线制，三线制，主要区别是4线兼容3线的，4线的多一个模拟量输出，让我们开发的空间更大，比如对声音粗略的分等级，不同分贝的声音控制不同的设备，当然这种模块精度不高。

输出方式：

1)数字量输出：通过板载电位器设定声音检测阈值，当检测到声音超过阈值时，通过数字引脚DO输出低电平。

2)模拟量输出：声音越大，AO引脚输出的电压值越高，通过ADC采集的模拟值越高。

4线制声控传感器模块

3线制声控传感器模块

2、光敏传感器

接收端是光敏电阻，光照不同会呈现不同的电阻值，这种传感器同样也是有3线制，4线制，与上面声控传感器原理相同。

输出方式：

1)数字量输出：通过板载电位器设定光照检测阈值，当检测到光照强度超过阈值时，通过数字引脚DO输出低电平。

2)模拟量输出：光照强度越大，AO引脚输出的电压值越高，通过ADC采集的模拟值越高。

4线制光敏传感器模块

3线制光敏传感器模块

3、烟雾传感器

接收端是MQ-2烟雾传感器，MQ-2传感器对可燃气、烟雾等气体灵敏度高，这种传感器同样也是有3线制，4线制，与上面传感器原理相同，这个模块某宝大多是4线制，可能3线的不怎么好卖吧，哈哈

输出方式：

1)数字量输出：通过板载电位器设定烟雾检测阈值，当检测到烟雾浓度超过阈值时，通过数字引脚DO输出低电平。

1)模拟量输出：烟雾浓度越大，AO引脚输出的电压值越高，通过ADC采集的模拟值越高。

4线制烟雾传感器模块

诸如此类的传感器还有很多，像雨水传感器、震动传感器等等，下面图片中的许多都是一样的原理，大家学会一种，就可以举一反三啦。

二、原理图说明

接下来，小飞哥以声音传感器为例，对此类传感器的通用底板做点简单介绍，下图是找的某款模块手册，做的也是非常用心了，板子上有LM393进行数字量输出，LM386对声音信号放大后作为模拟量输出，接着来分析下此模块的原理图。

可以看到，声音信号进来之后，是比较微弱的，经过R1可调电阻控制声音的幅值，经过LM386对声音信号进行放大，放大倍数有两种方式，一种是pin 1及pin 8间加一个10μF的电容即可使增益变成200，也就是此模块采用的方式，另外一种是在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为200以内的任意值。

然后放大后的声音信号，一路是经过c6电容去直流之后，直接输出至模块AOUT引脚，此信号可以结合我们的单片机ADC进行采集，然后可以对声音信号做傅里叶变化，显示屏显示，就可以得到音乐频谱啦。另一路是输入至LM393电压比较器，通过调节R3可调电阻，作为正相输入电压，当反相输入电压大于正相电压时，LM393输出高电平，反之，输出低电平，实现不同阈值下的电压比较功能，也就是检测声音的大小。

什么是电压比较器？ 简单地说， 电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+” 端) 及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。

如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。

其他一些模块大多是没有前级放大芯片，模拟量是直接输出的，可能是由于输出的信号比较强吧，柱极咪头输出的声音电信号是非常微弱的，若果没有前置放大的话，单片机AD不好采集得到，所以前置放大器还是必须的。简单的应用场景，平时用的更多的是数字量输出，直接接到单片机IO，检测高低电平，然后控制后端继电器或者其他设备。

三、声音传感器模块测试

代码比较简单，主要用到外部中断引脚，或者普通IO轮训方式也可以，就不多说了，主要介绍下，实验用到的最小系统部分，主芯片用的是STM32F103C8T6，这也是小飞哥以前无聊画的板子，把以上介绍的多种传感器原理在最小系统板子上实现了，板子开源大家可以进群获取资料，主要包括以下功能：

1) NRF24L01

2) EEPROM

3) 4个独立按键

4) LED灯

5) LED灯驱动电路

6) 电压比较器电路

7） 串口一键下载

本次的介绍就到这里啦，后面有更精彩的内容，欢迎大家持续关注！