常用传感器

传感器是 Arduino 感知外部世界的"感官"。本章将介绍最常用传感器的原理和使用方法。

温湿度传感器 DHT11/DHT22

DHT 系列传感器是最常用的温湿度传感器，价格低廉，使用简单。

DHT11 vs DHT22

特性	DHT11	DHT22
温度范围	0-50°C	-40-80°C
温度精度	±2°C	±0.5°C
湿度范围	20-80%	0-100%
湿度精度	±5%	±2-5%
采样间隔	1秒	2秒
价格	便宜	稍贵

硬件连接

DHT 引脚 1 (VCC) ── 5V
DHT 引脚 2 (DATA) ── D2（数据引脚）
DHT 引脚 3 (NC)   ── 悬空
DHT 引脚 4 (GND)  ── GND

DHT 引脚 2 和 5V 之间连接 10kΩ 上拉电阻（部分模块已集成）

代码示例

首先需要安装 DHT 库：项目 → 加载库 → 管理库 → 搜索 "DHT sensor library"

#include <DHT.h>

#define DHT_PIN 2
#define DHT_TYPE DHT22  // 或 DHT11

DHT dht(DHT_PIN, DHT_TYPE);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  dht.begin();
  Serial.println("DHT 传感器测试");
}

void loop() {
  // 读取温湿度
  float humidity = dht.readHumidity();
  float temperature = dht.readTemperature();
  
  // 检查读取是否成功
  if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
    Serial.println("读取失败！");
    return;
  }
  
  // 计算体感温度
  float heatIndex = dht.computeHeatIndex(temperature, humidity, false);
  
  Serial.print("湿度: ");
  Serial.print(humidity);
  Serial.print("% | 温度: ");
  Serial.print(temperature);
  Serial.print("°C | 体感: ");
  Serial.print(heatIndex);
  Serial.println("°C");
  
  delay(2000);  // DHT22 需要 2 秒采样间隔
}

超声波测距传感器 HC-SR04

HC-SR04 通过发射超声波并接收回波来测量距离，范围 2cm-400cm。

工作原理

触发引脚发送 10μs 高电平脉冲
模块发射 8 个 40kHz 超声波脉冲
接收引脚收到回波后输出高电平
高电平持续时间 = 声波往返时间
距离 = (时间 × 声速) / 2

硬件连接

HC-SR04 VCC  ── 5V
HC-SR04 GND  ── GND
HC-SR04 Trig ── D9（触发）
HC-SR04 Echo ── D10（接收）

代码示例

const int TRIG_PIN = 9;
const int ECHO_PIN = 10;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
}

void loop() {
  float distance = measureDistance();
  
  Serial.print("距离: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
  
  delay(500);
}

float measureDistance() {
  // 发送触发信号
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  
  // 读取回波时间（微秒）
  long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);
  
  // 计算距离（声速 343m/s = 0.0343cm/μs）
  float distance = duration * 0.0343 / 2;
  
  return distance;
}

改进版本（带滤波）

const int TRIG_PIN = 9;
const int ECHO_PIN = 10;
const int NUM_SAMPLES = 5;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
}

void loop() {
  float distance = getFilteredDistance();
  
  if (distance > 0) {
    Serial.print("距离: ");
    Serial.print(distance);
    Serial.println(" cm");
  } else {
    Serial.println("测量失败");
  }
  
  delay(200);
}

float getFilteredDistance() {
  float sum = 0;
  int validSamples = 0;
  
  for (int i = 0; i < NUM_SAMPLES; i++) {
    float d = measureDistance();
    if (d > 2 && d < 400) {  // 过滤无效值
      sum += d;
      validSamples++;
    }
    delay(20);
  }
  
  return validSamples > 0 ? sum / validSamples : -1;
}

float measureDistance() {
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  
  long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 30000);  // 30ms 超时
  return duration * 0.0343 / 2;
}

人体红外传感器 HC-SR501

HC-SR501 是一种热释电红外传感器，用于检测人体移动。

硬件连接

HC-SR501 VCC  ── 5V
HC-SR501 GND  ── GND
HC-SR501 OUT  ── D2

调节说明

时间延迟调节：检测触发后持续高电平的时间（0.3秒-5分钟）
灵敏度调节：检测距离（3-7米）
触发模式选择：
- H（可重复触发）：持续检测期间保持高电平
- L（不可重复触发）：检测后进入锁定状态

代码示例

const int PIR_PIN = 2;
const int LED_PIN = 13;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(PIR_PIN, INPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  
  Serial.println("等待传感器稳定...");
  delay(10000);  // PIR 需要 10-60 秒稳定
  Serial.println("系统就绪");
}

void loop() {
  int motionDetected = digitalRead(PIR_PIN);
  
  if (motionDetected == HIGH) {
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
    Serial.println("检测到人体移动！");
  } else {
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
  }
  
  delay(100);
}

光线传感器

光敏电阻（LDR）

最简单的光线传感器，阻值随光照强度变化。

硬件连接：

5V ── LDR ── A0 ── 10kΩ 电阻 ── GND

代码：

const int LDR_PIN = A0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int lightValue = analogRead(LDR_PIN);
  
  // 映射为百分比（根据实际校准）
  int brightness = map(lightValue, 0, 1023, 100, 0);
  
  Serial.print("光线强度: ");
  Serial.print(brightness);
  Serial.println("%");
  
  delay(500);
}

BH1750 数字光强传感器

I2C 接口的数字光强传感器，精度更高。

硬件连接：

BH1750 VCC  ── 5V
BH1750 GND  ── GND
BH1750 SCL  ── A5（Uno）
BH1750 SDA  ── A4（Uno）
BH1750 ADDR ── GND（设置地址 0x23）

代码：需要安装 BH1750 库

#include <Wire.h>
#include <BH1750.h>

BH1750 lightMeter;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  lightMeter.begin();
  Serial.println("BH1750 测试");
}

void loop() {
  float lux = lightMeter.readLightLevel();
  
  Serial.print("光照强度: ");
  Serial.print(lux);
  Serial.println(" lx");
  
  delay(1000);
}

烟雾/气体传感器 MQ-2

MQ-2 可检测烟雾、液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气等。

硬件连接

MQ-2 VCC  ── 5V
MQ-2 GND  ── GND
MQ-2 A0   ── A0（模拟输出）
MQ-2 D0   ── D2（数字输出，可选）

代码示例

const int MQ_PIN = A0;
const int LED_PIN = 13;
const int BUZZER_PIN = 8;

// 报警阈值（根据实际校准）
const int SMOKE_THRESHOLD = 300;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
  
  Serial.println("MQ-2 传感器预热中...");
  delay(20000);  // 预热 20 秒
  Serial.println("系统就绪");
}

void loop() {
  int smokeValue = analogRead(MQ_PIN);
  
  Serial.print("烟雾值: ");
  Serial.println(smokeValue);
  
  if (smokeValue > SMOKE_THRESHOLD) {
    // 触发报警
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
    tone(BUZZER_PIN, 1000, 200);
    Serial.println("警告：检测到烟雾！");
  } else {
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
    noTone(BUZZER_PIN);
  }
  
  delay(500);
}

土壤湿度传感器

用于检测土壤湿度，常用于自动浇花系统。

硬件连接

传感器 VCC  ── 5V
传感器 GND  ── GND
传感器 A0   ── A0

代码示例

const int SOIL_PIN = A0;
const int PUMP_PIN = 8;

// 阈值（需根据实际校准）
const int DRY_THRESHOLD = 800;   // 干燥阈值
const int WET_THRESHOLD = 400;   // 湿润阈值

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(PUMP_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  int soilValue = analogRead(SOIL_PIN);
  
  // 映射为湿度百分比（值越小越湿）
  int moisture = map(soilValue, 1023, 0, 0, 100);
  moisture = constrain(moisture, 0, 100);
  
  Serial.print("土壤湿度: ");
  Serial.print(moisture);
  Serial.println("%");
  
  // 自动浇水逻辑
  if (soilValue > DRY_THRESHOLD) {
    Serial.println("土壤干燥，开始浇水");
    digitalWrite(PUMP_PIN, HIGH);
    delay(3000);  // 浇水 3 秒
    digitalWrite(PUMP_PIN, LOW);
  }
  
  delay(5000);  // 每 5 秒检测一次
}

声音传感器

声音检测模块

简单的声音检测，输出高低电平。

const int SOUND_PIN = 2;
const int LED_PIN = 13;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(SOUND_PIN, INPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  int soundDetected = digitalRead(SOUND_PIN);
  
  if (soundDetected == LOW) {  // 通常低电平有效
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
    Serial.println("检测到声音！");
    delay(200);  // 消抖
  } else {
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
  }
}

麦克风模块（模拟输出）

const int MIC_PIN = A0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int soundLevel = analogRead(MIC_PIN);
  
  Serial.print("声音强度: ");
  Serial.println(soundLevel);
  
  delay(50);
}

综合示例：环境监测站

整合多个传感器的环境监测系统：

#include <DHT.h>

#define DHT_PIN 2
#define DHT_TYPE DHT22

DHT dht(DHT_PIN, DHT_TYPE);

const int LDR_PIN = A0;
const int SOIL_PIN = A1;
const int MQ_PIN = A2;
const int TRIG_PIN = 9;
const int ECHO_PIN = 10;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  dht.begin();
  
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
  
  Serial.println("=== 环境监测站 ===");
}

void loop() {
  // 读取温湿度
  float temp = dht.readTemperature();
  float humidity = dht.readHumidity();
  
  // 读取光线
  int light = analogRead(LDR_PIN);
  
  // 读取土壤湿度
  int soil = analogRead(SOIL_PIN);
  
  // 读取空气质量
  int airQuality = analogRead(MQ_PIN);
  
  // 读取距离
  float distance = measureDistance();
  
  // 输出报告
  Serial.println("\n----- 环境报告 -----");
  Serial.print("温度: "); Serial.print(temp); Serial.println("°C");
  Serial.print("湿度: "); Serial.print(humidity); Serial.println("%");
  Serial.print("光线: "); Serial.println(light);
  Serial.print("土壤: "); Serial.println(soil);
  Serial.print("空气质量: "); Serial.println(airQuality);
  Serial.print("距离: "); Serial.print(distance); Serial.println("cm");
  Serial.println("-------------------");
  
  delay(3000);
}

float measureDistance() {
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  
  long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 30000);
  return duration * 0.0343 / 2;
}

传感器使用技巧

1. 电源去耦

在传感器电源引脚附近添加 0.1μF 电容，减少电源噪声：

传感器 VCC ──┬── 5V
             └── 0.1μF ── GND

2. 数据滤波

传感器读数常有噪声，使用移动平均滤波：

int getSmoothedValue(int pin, int samples = 10) {
  long sum = 0;
  for (int i = 0; i < samples; i++) {
    sum += analogRead(pin);
    delayMicroseconds(100);
  }
  return sum / samples;
}

3. 校准

传感器需要校准才能获得准确读数：

// 在 setup 中进行校准
int baseline;

void setup() {
  // 采集 100 个样本求平均作为基准值
  long sum = 0;
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
    sum += analogRead(A0);
    delay(10);
  }
  baseline = sum / 100;
}

下一步

掌握了常用传感器后，我们将学习如何控制各种电机，包括直流电机、舵机和步进电机。

温湿度传感器 DHT11/DHT22​

DHT11 vs DHT22​

硬件连接​

代码示例​

超声波测距传感器 HC-SR04​

工作原理​

硬件连接​

代码示例​

改进版本（带滤波）​

人体红外传感器 HC-SR501​

硬件连接​

调节说明​

代码示例​

光线传感器​

光敏电阻（LDR）​

BH1750 数字光强传感器​

烟雾/气体传感器 MQ-2​

硬件连接​

代码示例​

土壤湿度传感器​

硬件连接​

代码示例​

声音传感器​

声音检测模块​

麦克风模块（模拟输出）​

综合示例：环境监测站​

传感器使用技巧​

1. 电源去耦​

2. 数据滤波​

3. 校准​

下一步​

温湿度传感器 DHT11/DHT22

DHT11 vs DHT22

硬件连接

代码示例

超声波测距传感器 HC-SR04

工作原理

硬件连接

代码示例

改进版本（带滤波）

人体红外传感器 HC-SR501

硬件连接

调节说明

代码示例

光线传感器

光敏电阻（LDR）

BH1750 数字光强传感器

烟雾/气体传感器 MQ-2

硬件连接

代码示例

土壤湿度传感器

硬件连接

代码示例

声音传感器

声音检测模块

麦克风模块（模拟输出）

综合示例：环境监测站

传感器使用技巧

1. 电源去耦

2. 数据滤波

3. 校准

下一步