智能家居基础教程6-执行器

OpenJumper

[md]## 简介

上一章节我们介绍了传感器的分类，如果我们将主控板（这里是wifiduino）之于人的大脑，传感器就之于人的眼睛、耳朵、鼻子等能感知外界环境的器官。那么执行器相当于人的手、脚，可以执行大脑分析后给出的动作指令。

本节我们介绍几种经常使用的执行器，led、震动模块、舵机。

## LED

LED的中文叫做发光二极管 。 它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能 。 LED有正负两极，短脚为负极、长脚为正极。LED也是电子学习中的一个基础入门器件，广泛应用于信号指示、照明等领域。生活中我们的常见的LED，在形状、尺寸、大小、颜色方面都不尽相同。

** LED模块**

OpenJumper LED灯模块是一种非常方便连接的集成化模块，同时它也是一个执行器。该模块采用贴片插接座，拥有防反接功能，使用者可以直接通过连接对应的3P连接线就能使用，而不用担心因为将元器件插反而导致的烧毁器件。在LED模块中同时集成了限流电阻，插上就可以使用，对于LED模块，我们可以使用输出数字信号或者模拟信号来驱动这个模块。

## 继电器模块

继电器是一个可控的电子开关，可以使用wifiduino发出一个数字信号来闭合或断开这个开关。

继电器有多种种类，这里我们使用的是电磁继电器，其工作原理如图所示。

ab之间是线圈，只要在ab两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，S端上的衔铁开关就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力，吸向D端连接的铁芯，从而导通S端和D端。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁开关就会在弹簧的反作用力下返回原来的位置，将S与C导通。如此吸合、释放衔铁开关，便达到了闭合、断开电路的目的。

继电器与LED的控制方法一样，不过继电器内部吸铁通断需要一点时间反应，所以控制不能太快。

### 示例程序[/md]

1. #define LED_PIN  D13  //设置连接LED模块在D13号引脚上
   
2. void setup() {
   
3.   pinMode(LED_PIN, OUTPUT);     //将IO设置为输出状态
   
4. }
   
5. // 循环执行
   
6. void loop() {
   
7.   digitalWrite(LED_PIN, HIGH);   //引脚输出高电平，将LED打开  delay(1000);                       // 延时1秒
   
8.   digitalWrite(LED_PIN, LOW);    //引脚输出低电平，将LED关闭  delay(1000);                       // 延时1秒
   
9. }
   

复制代码

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### 图形化程序

### 连接硬件


将LED模块通过连接线连接在D13号接口中，观察LED亮灭情况

## 震动电机

现在智能手机是非常的流行，几乎大部分人都会使用智能手机了，那么我们一定使用过一个功能就是手机震动，当不方便使用铃声的时候，手机可以震动，当设置闹铃的时候，也可以使用震动，其实手机内部有一个震动电机，这个电机是一个执行模块，当给它输入合适的高电平后，这个电机便会震动，发出“嗡”“嗡”“嗡”的声音。

震动马达模块内置了一个小的震动马达，当通电时，马达就会发出震动，进行提示。手机内置的震动也是基于此原理。而震动马达和LED一样属于执行模块，当给出足够的电压输出边可以执行震。

我们可以尝试用analogWrite() 函数输出PWM波，来制作一个带震动频率逐渐变化的震动器。

我们使用analogWrite() 函数实现这个功能。但该函数并不是输出真正意义上的模拟值，而是以一种特殊的方式来达到输出模拟值的效果，这种方式叫做PWM——脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）。

当你使用analogWrite() 函数时，指定引脚会通过高低电平的不断转换输出一个周期固定（默认1kHz）的方波，通过改变高低电平在每个周期中所占的比例（占空比），而得到近似输出不同的电压的效果（如图所示）。

需要注意的是，这里我们仅仅是得到了近似模拟值输出的效果，如果要输出真正的模拟值，还需要加上外围滤波电路。

### 示例程序[/md]

1. int ledPin = D9;    // LED连接在D9号引脚上
   
2. void setup()  {
   
3. // Setup部分不进行任何处理
   
4. }
   
5. void loop()  {
   
6. // 从暗到亮，以每次加5的形式逐渐亮起来
   
7. for(int fadeValue = 0 ; fadeValue <= 255; fadeValue +=5) {
   
8. // 输出PWM
   
9.     analogWrite(ledPin, fadeValue);        
   
10.     // 等待30ms，以便观察到渐变效果
    
11.     delay(30);                           
    
12.   }
    
13.   // 从亮到暗，以每次减5的形式逐渐暗下来
    
14.   for(int fadeValue = 255 ; fadeValue >= 0; fadeValue -=5) {
    
15.     // 输出PWM
    
16.     analogWrite(ledPin, fadeValue);        
    
17.     // 等待30ms，以便观察到渐变效果
    
18.     delay(30);                           
    
19.   }
    
20. }

复制代码

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### 连接硬件

将震动模块通过连接线连接在D9号接口中

### 观察现象

观察震动模块的震动情况，下载程序到wifiduino后，你可以观察到震动由快变慢，随后再由慢变快。以上程序中，通过for循环，逐渐改变震动的频率，达到渐变的效果。在两个for循环中都有delay(30) 的延时语句，这是为了让我们能够感受到震动变化带来的效果。如果没有这个语句，整个变化效果将一闪而过。

## 舵机

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前，在高档遥控玩具，如飞机、潜艇模型，遥控机器人中已经得到了普遍应用。舵机其实是一种电机，它使用一个反馈系统来控制电机的转动位置，所以舵机适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统里。例如我们玩过的航模飞机，舵机被用来控制飞行轨迹。在遥控汽车中舵机被用来控制转向。在船模中，舵机同样被用来控制船舵从而控制航行方向，在外面常见的机器人玩具中，机器人运动的关节也由舵机组成。舵机有标准舵机与连续旋转舵机之分，这里我们使用的是转动角度为180°的标准舵机。同时舵机还有模拟舵机与数字舵机之分。这里我们使用数字式舵机。

扩展阅读：舵机原理：舵机主要由以下几个部分组成，舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路等，如图所示。



控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机转动的方向和速度，从而达到目标停止。

其工作流程为：控制信号→控制电路板→电机转动→齿轮组减速→舵盘转动→位置反馈电位计→控制电路板反馈。 舵机的控制信号周期为20MS的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5-2.5MS,相对应的舵盘位置为0－180度，呈线性变化，如图：


### 示例程序[/md]

1. #include <Servo.h>
   
2. Servo myservo;  // 新建一个对象
   
3. #define servoPIN  D2   //舵机连接引脚
   
4. void setup() {
   
5.   myservo.attach(servoPIN);  // 初始化
   
6. }
   
7. void loop() {
   
8.   int pos;
   
9.   for (pos = 0; pos <= 180; pos += 1) { // 从0到180度变化
   
10.     // 每次增加1度
    
11.     myservo.write(pos);              // 把位置信息告诉舵机
    
12.     delay(15);                       //延时一小段时间，让舵机运动到位
    
13.   }
    
14.   for (pos = 180; pos >= 0; pos -= 1) { //  从180到0度变化
    
15.     myservo.write(pos);              // 把位置信息告诉舵机
    
16. delay(15);                       // 延时一小段时间，让舵机运动到位
    
17. }
    
18. }
    

复制代码

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### 硬件连接


将舵机对应连接在wifiduino扩展板上的D2接口上 ，通电观察舵机运转情况

### 图形化程序
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hongyu13028

请教下楼主，我买的扩展板与你教程上的所用的不一样。按你这个教程所编程序，LED等执行器，都不工作？帮忙处理下

OpenJumper

hongyu13028 发表于 2022-5-11 11:30
请教下楼主，我买的扩展板与你教程上的所用的不一样。按你这个教程所编程序，LED等执行器，都不工作？帮忙 ...

主板是用的wifiduino吗，扩展板是哪种呢