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JavaScript 连接传感器 - 测量真实事物详解

这本书的目标是建立一个家庭安全系统，通过带有传感器的电子控制系统来控制家用电器，并从仪表板上监控它们。首先，我们需要考虑我们的传感器连接到一个终端设备，该设备可以读取信号并将其传输到网络。

对于终端设备，我们将使用 Arduino 板从传感器获取读数。我们可以看到树莓 Pi 没有模拟输入。为此，我们使用 Arduino 板来读取信号。

在前一章中，我们讨论了如何将设备连接到树莓 Pi；在本节中，我们将了解如何将传感器与 Arduino 板接口，以了解如何读取来自不同应用的真实信号进行真实测量。我们将在本章中讨论以下主题:

重要的是要考虑到这样一个事实，即我们需要将我们的系统传达给现实世界。由于我们正在努力构建家庭安全系统，我们需要学习如何与一些必要的传感器连接和交互，以便在我们的系统中使用它们。

在下一节中，我们将介绍您需要用来读取 domotics 和安全系统中使用的数据的传感器。

我们需要对家里使用的水进行自动测量。对于这个项目，我们将使用一个传感器来执行这个读数，并使测量读数自动化。

要做这个项目，我们需要以下材料:

水流传感器和 Arduino UNO 板:

Measuring flow sensor to calculate the volume of water

硬件连接

现在我们有了外部流量传感器的连接。我们可以看到它有三个引脚-红色引脚连接到 +VCC 5 伏，黑色引脚连接到 GND，黄色引脚连接到 Arduino 板的引脚编号 2 ，如下图所示:

Hardware connections

读取传感器信号

中断用于由水流产生的脉冲，如下所述:

attachInterrupt(0, count_pulse, RISING);

中断类型为RISING对从低电平到高电平的脉冲进行计数:

Function for counting pulses: 

voidcount_pulse() 
{ 
pulse++; 
}

在这部分代码中，我们解释了它使用中断对来自传感器的信号进行计数，执行，并且我们将其配置为RISING，因此它对从数字信号 0 到数字信号 1 的脉冲进行计数:

int pin = 2; 
volatile unsigned int pulse; 
constintpulses_per_litre = 450; 

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

pinMode(pin, INPUT); 
attachInterrupt(0, count_pulse, RISING); 
} 

void loop() 
{ 
pulse=0; 
interrupts(); 
delay(1000); 
noInterrupts(); 

Serial.print("Pulses per second: "); 
Serial.println(pulse); 
} 

voidcount_pulse() 
{ 
pulse++; 
}

打开 Arduino 串行监视器，用嘴将空气吹过水流传感器。每个循环的每秒脉冲数将打印在 Arduino 串行监视器上，如下图所示:

Reading and counting pulses with Arduino

在这一部分中，我们通过以下步骤测量脉冲并将其转换为水流:

打开一个新的 Arduino IDE，复制下面的草图。

在 Arduino 板上验证并上传草图。

        int pin = 2; 
        volatile unsigned int pulse; 
        constintpulses_per_litre = 450; 

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

          pinMode(pin, INPUT); 
          attachInterrupt(0, count_pulse, RISING); 
        }

以下代码将计算从传感器读取的脉冲；我们除以一秒钟内计数的脉冲数，我们得到每升的脉冲数:

      void loop() 
      { 
        pulse = 0; 
        interrupts(); 
        delay(1000); 
        noInterrupts(); 

        Serial.print("Pulses per second: "); 
        Serial.println(pulse); 

        Serial.print("Water flow rate: "); 
        Serial.print(pulse * 1000/pulses_per_litre); 
        Serial.println(" milliliters per second"); 
        delay(1000); 
      } 
      void count_pulse() 
      { 
        pulse++; 
      }

Open the Arduino Serial Monitor, and blow air through the water flow sensor using your mouth. The number of pulses per second and the water flow rate in milliliters per second will be printed on the Arduino Serial Monitor for each loop, as shown in the following screenshot:

您现在可以将代码复制到一个名为Flow_sensor_measure_volume.ino的文件中，或者从这个项目的文件夹中获取完整的代码。

在这一部分，我们计算传感器的流量和体积:

int pin = 2; 
volatile unsigned int pulse; 
float volume = 0; 
floatflow_rate =0; 
constintpulses_per_litre = 450;

我们设置了中断:

void setup() 
{ 
Serial.begin(9600); 
pinMode(pin, INPUT); 
attachInterrupt(0, count_pulse, RISING); 
}

开始中断:

void loop() 
{ 
pulse=0; 
interrupts(); 
delay(1000); 
noInterrupts();

然后我们显示传感器的流量:

Serial.print("Pulses per second: "); 
Serial.println(pulse); 

flow_rate = pulse * 1000/pulses_per_litre;

我们计算传感器的体积:

Serial.print("Water flow rate: "); 
Serial.print(flow_rate); 
Serial.println(" milliliters per second"); 

volume = volume + flow_rate * 0.1;

我们以毫升为单位显示体积:

Serial.print("Volume: "); 
Serial.print(volume); 
Serial.println(" milliliters"); 
}

计数脉冲的功能如下:

Void count_pulse() 
{ 
  pulse++; 
}

结果可以在下面的截图中看到:

Calculating flow and volume of water:

在液晶显示器上显示测量的参数

您可以在新安装的水表上增加一个液晶显示屏来显示读数，而不是在 Arduino 串行监视器上显示。将草图上传到 Arduino 后，您可以断开水表与计算机的连接。

首先，我们定义液晶屏库:

#include <LiquidCrystal.h>

然后我们定义将在程序中使用的变量:

int pin = 2; 
volatile unsigned int pulse; 
float volume = 0; 
floatflow_rate = 0; 
constintpulses_per_litre = 450;

我们定义液晶显示器引脚:

// initialize the library with the numbers of the interface pins 
LiquidCrystallcd(12, 11, 6, 5, 4, 3);

我们定义了用于检测的中断:

void setup() 
{ 
  Serial.begin(9600); 
  pinMode(pin, INPUT); 
  attachInterrupt(0, count_pulse, RISING);

现在，我们在液晶屏上显示消息:

  // set up the LCD's number of columns and rows:  
  lcd.begin(16, 2); 
  // Print a message to the LCD. 
  lcd.print("Welcome..."); 
  delay(1000); 
}

我们现在定义主循环中的中断:

void loop() 
{ 
  pulse = 0; 

  interrupts(); 
  delay(1000); 
  noInterrupts();

我们在液晶屏上显示数值:

  lcd.setCursor(0, 0); 
  lcd.print("Pulses/s: "); 
  lcd.print(pulse); 

  flow_rate = pulse*1000/pulses_per_litre;

然后我们显示流速值:

  lcd.setCursor(0, 1); 
  lcd.print(flow_rate,2);//display only 2 decimal places 
  lcd.print(" ml");

我们现在显示音量的值:

  volume = volume + flow_rate * 0.1; 
  lcd.setCursor(8, 1); 
  lcd.print(volume, 2);//display only 2 decimal places 
  lcd.println(" ml "); 
}

然后我们定义计数脉冲的函数:

void count_pulse() 
{ 
 pulse++; 
}

下图显示了与水流的连接:

Displaying the parameters measured on an LCD

下图显示了液晶屏上的测量结果:

Displaying the parameters measured on an LCD

你可以在液晶屏上看到一些信息，比如每秒钟的脉冲数，水的流速，以及从时间开始的水的总体积。

在我们的系统中有一个检测气体的传感器是很重要的，这样我们就可以把它应用在我们的家里来检测气体泄漏。现在我们将描述如何连接到 Arduino 板并读取气体浓度。

在本节中，我们将使用气体传感器和甲烷甲烷。在这种情况下，我们将使用 MQ-4 传感器，它可以检测 200 到 10000 ppm 的浓度。

这个传感器的输出端有一个模拟电阻，可以连接到一个模数转换器；它需要 5 伏的线圈能量。传感器的图像如下所示:

Measuring the concentration of gas

我们可以在https://www.sparkfun.com/products/9404找到 MQ-4 传感器的信息。

Measuring the concentration of gas

与传感器和 Arduino 板的连接

根据上图，我们现在将看到下图中的连接:

Connections with the sensor and Arduino board

打开 Arduino IDE，复制如下草图:

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

void loop() 
{ 
  float vol; 
  int sensorValue = analogRead(A0); 
  vol=(float)sensorValue/1024*5.0; 
  Serial.println(vol,1); 
  Serial.print("Concentration of gas= "); 
  Serial.println(sensorValue); 
  delay(2000); 
}

我们在屏幕上看到以下结果:

Connections with the sensor and Arduino board

在这一部分，我们将构建一个非常酷的项目:你自己的酒精 呼吸分析仪。为此，我们将使用简单的 Arduino Uno 板和乙醇气体传感器:

Measuring the level of alcohol with a sensor

下图显示了传感器与 Arduino 的连接:

Measuring the level of alcohol with a sensor

我们现在要为这个项目编写代码。在这里，我们将简单地回顾一下代码中最重要的部分。

现在，您可以将代码复制到名为Sensor_alcohol.ino的文件中，或者直接从这个项目的文件夹中获取完整的代码:

int readings=0; 
void setup(){ 
Serial.begin(9600); 
} 

void loop(){ 
lectura=analogRead(A1); 
Serial.print("Level of alcohol= "); 
Serial.println(readings); 
delay(1000); 
}

当它没有检测到酒精时，我们可以看到 Arduino 读取的数值:

Measuring the level of alcohol with a sensor

如果它检测到酒精，我们会看到从 Arduino 读取的模拟值，如下图所示:

Measuring the level of alcohol with a sensor

如果我们家发生火灾，探测到它是至关重要的；因此，在下一节中，我们将创建一个使用传感器检测火灾的项目。

在下图中，我们看到了火灾传感器模块:

Detecting fire with a sensor

您现在可以将代码复制到一个名为Sensor_fire.ino的文件中，或者从这个项目的文件夹中获取完整的代码。

我们在一开始就为我们的程序定义了变量:

int ledPin = 13;             
int inputPin= 2; 
int val = 0;

我们定义输出信号和串行通信:

void setup() { 
pinMode(ledPin, OUTPUT);       
pinMode(inputPin, INPUT);      
Serial.begin(9600); 
}

现在我们显示数字信号的值:

void loop(){ 
val = digitalRead(inputPin); 
Serial.print("val : ");   
Serial.println(val); 
digitalWrite(ledPin, HIGH);  // turn LED ON

然后我们比较:如果值检测到高逻辑状态，则关闭输出；如果读反了，就开启数字信号；这意味着它检测到了火灾:

if (val == HIGH) {             
  Serial.print("NO Fire detected "); 
  digitalWrite(ledPin, LOW); // turn LED OFF 
} 
else{ 
  Serial.print("Fire DETECTED "); 
  digitalWrite(ledPin, HIGH);   
  } 
}

当 Arduino 板检测到火灾时，会在数字输入中读取 *1* ，表示没有火灾检测:

Detecting fire with a sensor

如果检测到火灾，数字输入从数字输入读取 *0* 逻辑:

Detecting fire with a sensor

Measuring the humidity for plants

在本节中，我们将看到使用传感器测试植物内部和土壤的湿度:

Measuring the humidity for plants

我现在将介绍第一段代码的主要部分。然后我们设置串行通信:

int value;   

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

在主回路中，我们将读取来自传感器的模拟信号:

void loop(){   
Serial.print("Humidity sensor value:"); 
Value = analogRead(0);   
Serial.print(value);

我们比较传感器的值，并在串行接口上显示结果:

if (Value<= 300)   
Serial.println(" Very wet");   
if ((Value > 300) and (Value<= 700))   
Serial.println(" Wet, do not water");    
if (Value> 700)   
Serial.println(" Dry, you need to water");  
delay(1000);  
}

这里，截图显示了读数的结果:

Measuring the humidity for plants

下面的截图显示植物不需要水；因为土壤中已经有足够的水分:

Measuring the humidity for plants

有时候，我们需要测量容器中的水位，或者如果你想看到水箱中的水位，测量水箱中的水位是一项要求；因此，在本节中，我们将解释如何做到这一点。

传感器正常打开。当水超过极限时，触点打开，并向 Arduino 板发送信号。我们使用 pin 号2，这是一个数字输入:

Measuring the level of water in a recipient

我们在程序中声明变量和const:

const int buttonPin = 2;     // the number of the input sensor pin 
const int ledPin =  13;      // the number of the LED pin

我们还定义了数字信号的状态:

// variables will change: 
intbuttonState = 0;         // variable for reading the pushbutton status

我们配置程序的信号、输入和输出:

void setup() { 
  // initialize the LED pin as an output: 
pinMode(ledPin, OUTPUT); 
  // initialize the pushbutton pin as an input: 
pinMode(buttonPin, INPUT); 
Serial.begin(9600); 
}

我们读取数字输入的状态:

void loop() { 
  // read the state of the pushbutton value: 
buttonState = digitalRead(buttonPin);

我们对传感器进行了比较:

if (buttonState == HIGH) { 
Serial.println(buttonState); 
Serial.println("The recipient is fulled"); 
digitalWrite(ledPin, HIGH); 
delay(1000); 
  }

如果传感器检测到低水平，则接收器为空:

else { 
digitalWrite(ledPin, LOW); 
Serial.println(buttonState); 
Serial.println("The recipient is empty"); 
delay(1000); 
  } 
}

以下屏幕截图显示了收件人为空时的结果:

Measuring the level of water in a recipient

水超过了极限:

Measuring the level of water in a recipient

在这一节中，我将教你如何在液晶显示屏上监控温度、湿度和光线检测。

硬件和软件要求

在这个项目中，您将使用 Arduino UNO 板；但是你也可以使用一个 Arduino MEGA，它也可以完美地工作。

对于温度读数，我们需要一个 DHT11 传感器、一个 4.7k 的电阻、一个光敏电阻(光传感器)和一个 10k 电阻。

它还需要一个 16 x 2 的液晶显示屏，你在那里进行测试；我在屏幕上使用了一个 I2C 通信模块，与 Arduino 卡接口。我建议使用这种通信方式，因为发送数据只需要 Arduino 的两个引脚: