和12歲小同志搞創(chuàng)客開發(fā)：如何驅(qū)動(dòng)各類型傳感器？
機(jī)緣巧合在網(wǎng)上認(rèn)識(shí)一位12歲小同志，從零開始系統(tǒng)輔導(dǎo)其創(chuàng)客開發(fā)思維和技巧。
項(xiàng)目專欄：https://blog.csdn.net/m0_38106923/category_11097422.html
傳感器檢測現(xiàn)實(shí)物體的狀態(tài)并轉(zhuǎn)換輸出為電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)可以是：電壓、電流、脈沖等多樣形式。
根據(jù)這些輸出類型可以將傳感器進(jìn)行分類，主要包括：數(shù)字量輸出類型傳感器、數(shù)字量輸入類型傳感器、模擬量電壓類型傳感器、模擬量電流類型傳感器和協(xié)議類型傳感器。
注：本文側(cè)重應(yīng)用，較為復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)原理將會(huì)在之后的項(xiàng)目中講解。
1
數(shù)字量輸出類型傳感器
數(shù)字量輸出類型傳感器輸出高、低電平信號(hào)表示檢測狀態(tài)。例如，人體傳感器當(dāng)有人經(jīng)過時(shí)，數(shù)據(jù)端口會(huì)輸出高電平，無人時(shí)輸出低電平。
驅(qū)動(dòng)數(shù)字量輸出類型傳感器，需要將控制器端口配置為數(shù)字輸入模式，檢測傳感器輸出電壓的變化，驅(qū)動(dòng)按鍵元器件也是這樣的原理。
2
數(shù)字量輸入類型傳感器
數(shù)字量輸入類型傳感器需要控制器輸出高、低電平實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。例如：LED燈，控制器輸出3.3V~5V高電平則LED熄滅，控制器輸出低電平則LED點(diǎn)亮。
驅(qū)動(dòng)數(shù)字量輸入類型傳感器，需要將控制器端口配置為數(shù)字輸出模式，輸出滿足驅(qū)動(dòng)能力的高、低電平，即可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。
3
模擬量電壓類型傳感器
模擬量電壓類型傳感器會(huì)隨著被檢測物體狀態(tài)變化，輸出規(guī)定范圍內(nèi)的模擬電壓。例如：電容式土壤濕度傳感器，隨著土壤濕度的變化，會(huì)輸出0~3V的電壓，將土壤濕度傳感器插入干燥的沙土，輸出約為3V電壓，插入濕潤的沙土輸出約為1.5V左右電壓，插入非常潮濕輸出約為0V電壓。
驅(qū)動(dòng)模擬量電壓類型傳感器，需要將控制器端口配置為ADC模式，采集傳感器輸出的模擬電壓數(shù)據(jù)。
4
模擬量電流類型傳感器
模擬量電流類型傳感器會(huì)隨著被檢測物體狀態(tài)變化，輸出規(guī)定范圍內(nèi)的模擬電流。例如：4~20mA電流型溫度傳感器，假設(shè)該溫度傳感器檢測溫度范圍為：-200~500℃，則當(dāng)溫度為-200℃時(shí)，傳感器輸出電流約為0mA，溫度為500℃時(shí)，傳感器輸出電流約為20mA。
需要注意，絕大多數(shù)控制器是無法直接輸入電流信號(hào)的，需要將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為合適范圍的模擬電壓信號(hào)，將控制器端口配置為ADC模式，采集傳感器輸出的模擬電壓數(shù)據(jù)。
5
協(xié)議類型傳感器
以上四種類型傳感器可直接采集輸出的電信號(hào)，開發(fā)者需要再進(jìn)行轉(zhuǎn)換方可得到感知結(jié)果。
協(xié)議類型傳感器在采集數(shù)據(jù)后，將電信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)結(jié)果，存入寄存器中，開發(fā)者無需自己再編程轉(zhuǎn)換，只需要讀取通信總線，按照相關(guān)協(xié)議訪問寄存器即可讀取結(jié)果。
常用的協(xié)議類型傳感器主要包括：UART通信總線、I2C通信總線、SPI通信總線這三種。
協(xié)議類型傳感器深究較為復(fù)雜，考慮到創(chuàng)客基礎(chǔ)較為薄弱，建議先應(yīng)用實(shí)踐，熟練使用后再深究原理。
5.1、UART通信總線
通用異步收發(fā)器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)， 通常稱作UART。UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信，該總線雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工的發(fā)送和接收。
UART通信需要連接三個(gè)接口，如下所示：
TXD：數(shù)據(jù)發(fā)送端口；
RXD：數(shù)據(jù)接收端口；
GND：電源地。
連線時(shí)需要將控制器TXD、RXD和傳感器TXD、RXD交叉連接，連線效果如下所示：
例如：HuskyLens AI視覺傳感器，基于UART通信，連線效果如下所示：
連線成功后即可使用控制器驅(qū)動(dòng)HuskyLens AI視覺傳感器。
5.2、I2C通信總線
I2C總線（Inter－Integrated Circuit）是一種簡單、雙向二線制同步串行總線，只需要兩根線即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，如下所示：
SDA：串行數(shù)據(jù)線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；
SCL：串行時(shí)鐘線，實(shí)現(xiàn)時(shí)序同步。
連線時(shí)需要將控制器SDA、SCL和傳感器SDA、SCL對(duì)應(yīng)連接，連線效果如下所示：
例如，驅(qū)動(dòng)BH1750環(huán)境光傳感器，需要將控制器SDA、SCL和環(huán)境光傳感器SDA、SCL對(duì)應(yīng)連接。
連線成功后即可使用控制器驅(qū)動(dòng)環(huán)境光傳感器。
5.3、SPI通信總線
SPI是串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface）的縮寫。是一種高速的，全雙工，同步的通信總線。它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少4根線，事實(shí)上3根也可以（單向傳輸時(shí)），如下所示：
SDI/MISO：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出；
SDO/MOSI：主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入；
SCLK：時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生；
CS/SS：片選，從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制。
連線時(shí)需要將控制器SDI/MISO、SDO/MOSI、SCLK和傳感器SDI/MISO、SDO/MOSI、SCLK對(duì)應(yīng)連接，主設(shè)備CS/SS和從設(shè)備CS/SS分別對(duì)應(yīng)連接，連線效果如下所示：
例如，驅(qū)動(dòng)ADXL345三軸加速度傳感器，將控制器SDI/MISO、SDO/MOSI、SCLK、CS/SS和三軸加速度傳感器SDI/MISO、SDO/MOSI、SCLK、CS/SS對(duì)應(yīng)連接，連線效果如下所示：
連線成功后即可使用控制器驅(qū)動(dòng)三軸加速度傳感器。
往期推薦