Mind + Arduino 完全小白入门手册
0 准备 电子基础知识安装元件清单 3-13 1 DIGITAL INPUT / OUTPUT 数字输出输入 介绍 Blink 电路 LED 按钮开关 8x8 点阵 9-10 11-14 15-17 18-20 21-24 25-27 22 ANALOG INPUT 模拟输入 ANALOG INPUT 介绍 旋转电阻光敏电阻温度传感器 32-33 34-38 39-42 43-45 3 ANALOG OUTPUT / PWM 模拟输出 / 脉冲宽度调制 介绍 LED(PWM) 舵机 46-47 48-51 52-53 4 使用指南 54-56
0 准备 安装 基础电路知识 元件清单
XP 和 Windows 7 用户安装指南 STEP 1. 进入 http://mindplus.cc/download.html 这个页面, 下载对应的版本 STEP 2. 下载完成后, 双击打开 Mind+ 的安装程序 * 只有在正确安装驱动程序之后, 控制板才能正常运行 如果你之前安装了 Mind+ 的旧版本, 请在安装前删除
在弹出的安装面板上, 选中下一步 * 如果忽略这个步骤或者直接点击完成, 会导致 Mind+ 无法与控制板连接 勾选 Driver Package Installer, 选择下一步
找到设备驱动程序安装向导, 选择下一步 如果找不到, 请把其他窗口最小化 点击完成
勾选同意, 点击安装, 点击 Finish * 安装的缓冲较久, 请耐心等待 STEP 3 在设备管理器中查看驱动程序是否正确安装 如果正确安装, 设备管理器中的端口 (COM 和 LPT) 会出现 Arduino 的端口, 表示你已经 成功安装 Mind+ 了 如果没有出现 Arduino 的端口, 请自动转到下面的安装指南手动安装
如果你的端口没有显示 Arduino 或者显示 Arduino 但后面出现黄色的感叹号, 您则需要 手动安装 Mind+ 驱动 手动安装 Mind+ STEP 1 在控制面板或者计算机的属性中, 查看计算机的系统类型, 比如 32 位操作系统或 者 64 位操作系统
STEP 2 安装驱动, 打开安装 Mind+ 驱动的文件夹, 比如我的电脑 C:\Mind+\drivers 如果你的计算机是 32 位操作系统, 请在 C:\Mind+\drivers\dpinst-x86.exe 运行 如果你的计算机是 64 位操作系统, 请在 C:\Mind+\drivers\dpinst-amd64.exe 运行 Step3 点击下一步, 稍等片刻后点击完成即可
Windows 8 用户安装指南 STEP 1. 进入 http://mindplus.cc/download.html 这个页面, 下载对应的版本 STEP 2. 下载完成后, 双击打开 Mind+ 的安装程序 * 只有在正确安装驱动程序之后, 控制板才能正常运行 如果你之前安装了 Mind+ 的旧版本, 请在安装前删除
在弹出的安装面板上, 选中下一步 * 如果忽略这个步骤或者直接点击完成, 会导致 Mind+ 无法与控制板连接 勾选 Driver Package Installer, 选择下一步
找到设备驱动程序安装向导, 选择下一步 如果找不到, 请把其他窗口最小化 点击完成
勾选同意, 点击安装, 点击 Finish * 安装的缓冲较久, 请耐心等待 STEP 3 在设备管理器中查看驱动程序是否正确安装 如果正确安装, 设备管理器中的端口 (COM 和 LPT) 会出现 Arduino 的端口, 表示你已经 成功安装 Mind+ 了 如果没有出现 Arduino 的端口, 请自动转到下面的安装指南手动安装
如果你的端口没有显示 Arduino 或者显示 Arduino 但后面出现黄色的感叹号, 您则需要手 动安装 Mind+ 驱动 手动安装 Mind+ STEP 1 将鼠标移到桌面的右边缘, 出现 WIN 8 特有的功能列,以鼠标点选最下方的 设定,. 画面切换为 计算机设定,先点选左方的 一般,再点选右方画面最下方的 立即重新启动
STEP 2 画面会先 load 一阵子,再出现 选择选项 后,以鼠标点选 疑难解答,然后 再点选 进阶选项 STEP 3 在 进阶选项 中再点选 启动设定, 然后在启动设定画面,直接按下 重新启 动 STEP 4 接着计算机会重新启动,画面会出现 启动设定,在这按下数字键 7 停用驱动 程序强制签章
STEP 5 计算机重新开后,就可以再连接 Arduino UNO 安装驱动程序 安装过程会出现 Windows 无法验证此驱动程序软件的发行者,点击 仍然安装此驱动程序软件 即可 安装好驱动程序 STEP 6 在控制面板或者计算机的属性中, 查看计算机的系统类型, 比如 32 位操作系统或 者 64 位操作系统
STEP 7 安装驱动, 打开安装 Mind+ 驱动的文件夹, 比如我的电脑 C:\Mind+\drivers 如果你的计算机是 32 位操作系统, 请在 C:\Mind+\drivers\dpinst-x86.exe 运行 如果你的计算机是 64 位操作系统, 请在 C:\Mind+\drivers\dpinst-amd64.exe 运行 STEP 8 点击下一步, 稍等片刻后点击完成即可
1 操作指南
Mind+ 界面 : 模块栏 工作区 模块菜单栏 : 初级模块栏 高级模块栏 添加模块 : 从模块栏中拉出模块拖至工作区
或者双击工作区的任意位置 模块结构 参数设置口 输入连接口 接口号 值的范围 输出连接口 启动 停 止 启动之后 停止之后 数据连接口 连接模块 : 按住一个连接口并拖到另一个连接口 只有相同颜色的连接口可以相连, 而且连线和连接口颜色相同 蓝线代表能量, 红线代表数据,START 代表能量源
删除模块或者线 : 选中想要删除的模块或者线, 按 DELETE 键或者点击界面右上方的垃圾桶
1 DIGITAL INPUT / OUTPUT 数字输出输入
在电子学中, 像灯或者按钮开关这种只有亮灭或开关两种状态的信号称为数字信号 数字信号在控制板的表现形式是 1 或者 0, 高电平或者低电平 表面上看数字信号只有两种状态, 信息量很小, 但是由于数字信号受噪音的影响小, 易于传输 处理和存储, 所以得到广泛的应用 Arduino 板子上的 Digital I/O 数字输出输入引脚为 0~13, 但是引脚 0 和 1 是串行通讯引脚, 一般不用 数字信号常用到的传感器和驱动器包括 LED 灯和按钮开关等 在下面的电子制作项目中, 我们将用很常见的数字传感器和驱动器做实验, 包括延时开关 LED 灯 ( 第 3 课 ), 用按钮控制开关 ( 第 4 课 ) 和用 8X8 LED 点阵 ( 第 5 课 ) 做动画
01 Blink 控制板测试 Blink(LED 灯闪耀 ) 是 Arduino 控制版最基础的程序 Arduino 控制板上有一个板载的 LED 灯, 操作很简 单, 因此这个程序经常被用来测试 Arduino 控制版是否存在故障 Arduino D13 3 1 2 1 2 3 L, 板载 LED 灯, 也相当于接在 D13(D 为 Digital, 数字引脚 ) 的 LED ON, 表示控制板处于充电状态 电源接口, 请用数据线把控制板和电脑连接起来 正常情况下, 接上电之后 L 和 ON 都会亮起 Mind+ 模块介绍 引脚设定 灯闪烁的频率 启动模块 停止模块 Blink + 工具栏索引 : 高级菜单 Basic Sensor Blink + 模块说明 :Blink 模块用于 LED 的闪烁, 可以调整闪烁的频率 Mind+Arduino 界面操作
1. 打开左下角工具栏的高级菜单, 双击 Basic Sensor, 左键选中 Blink 并拖到右边工作 区后松开鼠标 2. 在 START 按住左键拉出一条线, 接到 Blink 的左上角接口. Mind+ 界面上的 START 相当于控路板的电源, 连上线相当于给模块提供能量 Mind+Arduino 3. 打开工作区左上角的端口设定
4. 选择 Arduino 控制板的型号和端口 Mind+Arduino 5. 点击 Upload 上传程序
这时, 你是不是发现板子上的 L 在一闪一闪呢? 如果你找不到端口, 请回到 intro 的第 3 步 如果出现如下图的端口错误 (serial port error), 请重新 拨掉 USB 线再重新插上
02 LED 灯搭一个导通的电路 LED( 发光二极管 ) 经常在电路及仪器中作为指示灯, 或者组成文字或数字显示, 应用非常广泛 这个练习主 要是让你给 LED 供电和接地, 形成一个导通的电路, 掌握基本的电路知识 因为不涉及到电子互动, 我们 暂时不需要用 Mind+ 写程序 Arduino 元件清单 : LED 灯 220Ω 电阻 90 o + - 电源 + 接法 :Arduino 上有 3 个 GND 和 2 个电源, 分别 是 3.3V 和 5V, 你能找到它们吗? + LED 工作原理 : 电流是从电源的正极 (+5V) 流向负极接地 + 接法 (GND=GROUND) : 短脚接 GND, 长脚接 5V. + 工作原理 : 发光二极管的核心部分是由 P 型半导体和 N 型半导体组成的晶片, 在 P 型半导体和 N 型半导体之间有 一个过渡层, 称为 PN 结 在某些半导体材料的 PN 结中, 注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以 光的形式释放出来, 从而把电能直接转换为光能 电阻 + 解法 : 电阻的正确使用方法是把电阻的两脚 90 度弯曲, 插在面包板上 ( 如左图 ) 电阻没有正负极, 所以不分方向 + 工作原理 :Arduino 电路板上的电压是 5V, 超出了红色 LED 2.2V 的负荷, 所以要加一个 220Ω 的电阻分压, 避免 烧坏 LED + 使用技巧 : 常用的电阻有 220k,330k,10k 等 n 种, 电阻 的大小可以从每个圈圈的颜色识别, 但这种分辨方式很复 杂, 我们一般用万用表直接测量电阻的大小 面包板 + 接法 : 面包板竖直纵列的 5 个插孔都是导通的, 下 图有 3 个错误示范 + 工作原理 : 面包板表面是打孔的塑料, 像面包一样 有, 板底有金属条, 元件按照一定的规则插入孔中与 金属条接触, 从而达到导电的目的无需焊接 Mind+Arduino 横排不导通 凹槽不导通 电流直接从接通相处流经而不经过 LED 灯造成元件短路
元件短路 杜邦线 + 接法 : 理论上, 每根跳线的功能都是一样的 为了方便我们更快速地分辨每条线的功能检验电路, 我们建议用不同颜色的跳线搭电路, 红色跳线接电源, 黑色跳线接地, 绿色跳线接数字信号, 蓝色跳线接模拟信号 电路搭建 1 Mind+Arduino 拓展题 : 亮两个 LED 我们刚刚只用一个 LED 灯学习如何连一个导通的电路 现在, 你能试着在原有电路的基础上再亮一个 LED 灯吗? ** 小贴士 : 控制板只有一个 5v 的接口, 所以要接一条线出来后再分两条线, 把电分给两个 LED 只要能 LED 能亮而且不烧掉, 电路就应该没有问题 参考答案如下,
03 LED 灯 用 LED 灯做 Blink 效果 这节课我们通过使用 Mind+ 的延时模块和重复命令, 使 LED 灯不停地闪烁, 呈现出 Blink 的效果 当然, 你可以同理改造家里的灯, 把延长的时间拖长到 2-3 秒, 这样你睡前起来关灯就不用摸黑回到被窝了 Arduino 元件清单 LED 灯 电路搭建 220Ω 电阻 Mind+Arduino Mind+ 模块清单
LED Delay 停止模块 引脚 LED 被点亮之后 LED 被熄灭之后 LED + 工具栏索引 : 初级工具栏 LED + 模块说明 : LED 在 Mind+ 中的模拟值范围为 0-1023. 延迟的时间 *1 秒 =1000 毫秒 时间设定 启动模块 能量输出 Delay + 工具栏索引 : 初级工具栏 LED + 模块说明 : Delay 用于延时功能 界面操作 在 Mind+ 的主工具栏拖出 LED 和 Delay, 用线把它们连在一起, 并把 Delay 的右端口和 LED 的左上端口连起 来, 形成一个循环 ( 相当于 IDE 中的 loop), 使这个操作可以重复进行 Mind+Arduino 拓展题 : 流水灯 三个红色的 LED 灯每隔 500 毫秒逐个亮一个, 营造出犹如流水的效果 参考答案电路搭建
界面操作
04 按钮开关 用按钮控制 LED 灯 按键是一种常用的控制电器元件, 常用来接通或断开电路, 从而达到控制电机或者其他设备运行的开关 这个互动项目主要使用按钮一开一关轮流控制 LED 灯的亮和灭, 就跟家里的电器开关一样 同时, 这个项 目可以让你体验用一个数字传感器控制另一个数字驱动器, 了解数字信号和信号的输出输入 Arduino 元件清单 : 按钮开关 LED 灯 220Ω 电阻 * Arduino 的小按钮有四脚或两脚的, 教程以四脚为准 开关按钮 + 接法和工作原理了解按钮工作原理的最好方法是观察按钮的背面的结构, 当按钮没有按下时, 左侧的两个引脚 1 和 2 是导通的, 右边引脚 3 和 4 也是导通的, 但左右两侧的引脚是断开的 当按钮被按下后 1 2 3 和 4 就导通了 初学者最好每次在使用前, 先看背面结构确定开关的方向再插入面包板 正面 背面 正面 背面 正面 背面 错误示范一 : 如果按钮开关引脚 1 和 3 通过竖直插孔导通的面包板导通, 所以灯会一直亮着 错误示范二 : 如果按钮开关按反面的提示插在面包板上, 但是跳线都接在同一侧, 引脚 1 和 2 本身导通, 灯也会一直亮 Mind+Arduino 电路搭建
按钮在控制板上如何控制 LED 亮灭? 控制板上的微型处理芯片就像一台简单的计算机 在现实社会中, 光的明暗 温度的高低以及其他物理量, 都可以通过传感器转换成电子信号输入微处理器 当微处理器由传感器读取环境变化之后, 就会发出电子信号通过驱动或传动装置作出回应 控制板有 14 个数字引脚 (Digital IO pins 0-13), 这些引脚可以在程序中被设定每个引脚是 用于输出还是输入 在这个互动项目中, 我们通过按下和松开给微控制器输入电子信号, 微控 制器读取后根据程序命令驱动 LED 在电子电路的世界里, 我们称按钮为传感器 (sensor), 负责输入数字信号 (digital input),led 为驱动器 (actuator) 负责输出数字信号 (digital output) Mind+ 模块介绍 引脚设定停止模块启动模块 防抖时间 当按钮被按下时 当按钮被松开时 Button + 工具栏索引初级菜单 Button + 使用技巧按钮开关非常敏感, 轻轻触摸也会执行命令容易导致误判 因此我们可以通过执行一个延时程序来给按钮消抖 当前抖动消失后按钮会再一次检测键的状态, 如果仍保持闭合状态电平, 则确认为真正有键按下 Mind+Arduino 触发下一次次序时 界面操作 奇数次输出 偶数次输出 Switch + 工具栏索引 : 初级菜单 Switch + 模块说明 :switch 是一个很常用的模块, 一共有 2 种输出状态, 上面的输出脚是奇数次输出, 下面的输出脚是偶数次输出, 常用于开关的应用中
1. 从工具栏拉出按钮和 LED 灯, 按下图连线并上传程序 这时, 当按钮按下去之后, 灯会一直亮着, 但松开按钮, 灯却不灭 你知道为什么吗? 答案在第二步揭晓 2. 在上图的基础上, 把按钮开关的右下引脚 ( 当按钮被松开时 ) 和 LED 的左下引脚 ( 关掉 LED) 连起来, 再上传程序 这时, 当按钮按下去之后, 灯会一直亮着, 一松开按钮后, 灯就灭了 3. 但是以上的实验, 还是无法像家电的开关一样, 当按完开关之后, 灯会持续亮着 这时, 我们可以从工具栏中拉出 Switch, 并跟 LED 连上 当按钮被按下奇数次时为真灯亮, 偶数次时为假灯灭 Mind+Arduino 05 8x8 LED Matrix 心跳动画 8 8 点阵 LED 字符显示器是由 64 个 LED 灯构成 你可以轻易用它来显示数字 符号或者制作简单的动画
Arduino 元件清单 : 8 8 点阵 LED 字符显示器 模块介绍 电路搭建由于 8x8 点阵显示器的工作原理较复杂, 这里暂不作分析 请按下图引脚的插法连跳线, 接线的时候记得把显示器有型号的一面插到 Analog In Mind+ 模块清单 : 接线的时候记得把显示器有型号的一面插到 Analog in Mind+Arduino 8x8 LED Matrix 图像设置 改共阴 / 共阳 启动模块 能量传输 8X8 LED Matrix + 工具栏索引 : 高级菜单 LED 8X8 MATRIX LED + 使用技巧 : 双击 8X8 点阵左上即出现 8x8 点阵, 左键选中原点可填充颜色, 右键删除 延迟的时间 时间设定
启动模块能量输出 Delay + 工具栏索引 : 初级工具栏 LED + 模块说明 : Delay 用于延时功能 界面操作 *1 秒 =1000 毫秒 在 8X8 LED Matrix 的图像引脚中画出不同的心跳形状 ( 如下图 ), 设置 DELAY 延时的时间, 然后把最后一个 DELAY 的输出引脚和第一个 8x8LED 模块的输入引脚相连, 使整个程序变成一个循环 ( 相当于 IDE 中的 loop) 重复运行下去 注意 : 这个项目用的是共阴的 8x8 LED 如果你的 LED 无法显示图像的话, 很有可能是使用了共阳的, 这时你需要双击模块的右上端口, 把 false 改成 true Mind+Arduino 心跳点阵 ( 参考 ) 拓展题 : 表情按钮 完成 8x8 的点阵之后, 你就能尝试用它来做各种小动画了 比如用按钮作为传感器控制 8x8 点阵的表情, 比如按下按钮为笑, 松开按钮为哭
2 ANALOG INPUT 模拟输入
模拟输出引脚 D3 D5 D6 D9 D10 D11 我们之前的实验一直都围绕着数字信号, 但是日常生活中很多物理量都是一个连续变化的值, 比如音量的大小 温度的变化和衣服的颜色, 开关或者 1 和 0 两种状态无法直接表现出来 因此, 控制板上设置了模拟量帮助我们根据信号的幅度 频率或相位更好地理解周围环境的信息 控制板的模拟量检测口分布在右下角的 6 个 Analog In 的引脚, 能够测量 0-5V 的电压, 对应的返回值为 0-1023, 相当于把 5V 平均分为 1024 份 具有模拟信号的电子元件有很多, 比如光敏电阻 温度传感器和压力电阻等 我们将在下面的项目中用旋转电阻读取模拟量的变化 ( 第 6 课 ) 用光敏电阻使灯在天黑的时候亮起 ( 第 7 课 ) 和用温度传感器使蜂鸣器在高温下响起起到报警的作用 ( 第 8 课 )
06 旋转电阻 调音台 在这个项目中, 我们通过读取旋转电阻的模拟值来认识模拟信号 旋转电阻, 常被称为电位器, 可以很容易地实现与旋转位置相关的互动效果或制作 MIDI 乐器 这个项目包括两个部分, 前半部分通过读取旋转电阻的模拟值来认识模拟信号, 后半部分则是调音台的制作 Arduino 元件清单 旋转电阻 旋转电阻元件 5V 模拟引脚 GND 电阻体和电刷 + 接法 : 旋转电阻有三个引脚, 左引脚接 5V, 右引脚接 GND, 中间引脚接 A0 + 工作原理 : 电位器通常由圆环状的电阻体和可移动的电刷组成 当我们旋转它时, 电刷改变模拟引脚与电源和地之间的电阻值, 电压也跟着变化 控制板通过读取电压值的变化对其他传动装置作出回应 + 使用技巧 : 把引脚对准面包板的插孔垂直插下, 再把旋转柄安装上去, 否则很容易把引脚插坏 电路搭建 Mind+
模块清单 Delay Send Serial Number Rotation Sensor 引脚设置 Rotation Sensor 启动模块 停止模块 数据传输 能量输出 + 工具栏索引 : 初级菜单 Rotation Sensor + 模块说明 : 旋转电阻在 Mind+ 上的模拟值范围是 0-1023, 这个模块也适用于滑动电阻. 启动 模块 发送信息的名字 要发送的数据 模块执 行之后 Send Serial Number + 工具栏索引 : 高级菜单 -- Serial Send Serial Number + 模块说明 :Send Serial Number 发送串口数据, 常用于显示数值 启动 模块 延迟的时间 Delay + 工具栏索引 : 初级菜单 Delay 界面操作 从工具栏中拉出 Rotation Sensor Send Serial Number 和 Delay, 并按照下图连线, Send Serial Number 的红色接口可以写上数据的名字, 比如 Analog value 另外, 记得将 Rotation Sensor 的红色数据传输引脚和 Send Serial Number 的红色数据传输引脚相连, 这样 Send Serial Number 才能读取旋转电阻的模拟值 Delay 用于设置采集数据的时间间隔, 通过和 Send Serial Number 的引脚形成循环 (loop) 使控制板不停地采集数据 当你上传完程序之后, 便可以打开工作区右上角的串口数据读取器 (Serial Monitor) 查看串行 端口接收到的信息 9600 是默认的计算机端的串行端口的比特率, 即每秒传输的二进制位数 这个速度越慢数据越稳定 另外, 勾选 Mind+warp 可以让模拟值自动换行 你可以试着旋钮转到尽头, 这是你会发现读取的模拟值是 1023 或者 0 当你把地和电源接反时, 你会发现刚刚 0 的一端变成 1023,1023 的一端变成 0
以上的项目我们已经学会操作旋转电阻, 现在我们增加一个蜂鸣器就能玩出不同的音符和节奏了 Arduino 元件清单 旋转电阻 无源蜂鸣器 无源蜂鸣器 + 接法 : 一只引脚接 GND, 一只引脚接 D7 + 工作原理 : 压音喇叭是无源的 ( 内部不带震荡源 ), 和电磁扬声器一样, 需要接在音频输出电路中才能发声, 因此也没有极性 如果盖子上面印了 + 号, 那是为了节约开模成本和有源蜂鸣器统一, 可以忽略 + 使用技巧 : 无源蜂鸣器对应的是有源蜂鸣器, 这两种蜂鸣器很相似 无源蜂鸣器没有极性, 两脚同长, 背面有电路板, 有源蜂鸣器有极性, 脚一长一短, 背面是黑胶 电路搭建
Mind+ 模块清单 Buzzer Rotation Sensor 启动模块 引脚频率持续时间 能量输出 无源蜂鸣器 + 工具栏索引 : 初级菜单 Speaker or Buzzer + 模块说明 : 声音频率端口可以调节声音的音符, 持续时间则是声音的节奏 界面操作 从工具栏拖出 2 个 Rotation Sensor 和 1 个 Buzzer, 如下图连线 注意把 2 个 Rotation Sensor 的红色数据传输引脚分别与 Buzzer 的红色数据传输引脚相连, 分别控制音符和节奏 而且需要把 Buzzer 的两个引脚相连, 使 Buzzer 形成一个循环 (loop) 连续不断地响起来
07 光敏电阻 天黑开灯 在了解完模拟量之后, 我们可以用 IF 判断给模拟量进行判断, 当模拟量达到某个数值时, 控制板可以发出某个命令, 实现状态的自动切换 在这个实验中, 我们设置当环境光线变暗时,LED 自动亮起, 环境光变亮时,LED 灭掉, 就跟大街上的路灯一样 Arduino 元件清单 光敏电阻 LED 灯 10kΩ 电阻 220Ω 电阻 5V 电路搭建 采集数据的 分压跳线 A0 GND 光敏电阻 + 接法 : 两支引脚分别接 5V 和 GND( 无极性 ), 分压的引脚接 A0. + 工作原理 : 光敏电阻是根据环境光线强度阻值可变的电阻, 光敏电阻一般需要接一个电阻分压 这个电阻的电阻值是固定的, 电路电源也是固定的 5V, 只有光敏电阻的电阻值随光线变化, 因此控制板通过读取光敏电阻所分的电压来采集数据 光线越强, 光敏电阻的阻值越小, 所分的电压越小, 取值就越大, 反之则采集的数据越小 如果你把电和低接反就会出现相反的结果 Mind+ 模块清单 IF Analog Read LED
参与比较的数值 启动模块 参与比较的数值 判断为真, 即当所测到的数值小于 800 时 停止模块启动模块 引脚 数值的范围 判断为假, 即当所测到的数值大于或等于 800 时 IF + 工具栏索引 : 初级菜单 IF + 模块说明 :IF 常用来判定所给定的条件是否满足, 根据判定的结果 ( 真或假 ) 决定执行给出的两种操作之一 其中两个引脚可以输入参与比较的值, 一个用于其他模块数据的输入, 这引脚可以为任意数字,Mind+ 默认为 0. 另一个是你想要进参照的值, 两者可以 Analog Read 启动模块 停止模块 颠倒位置 另外, 你可以双击中间的红色引脚, 改变数字比较的关系 数据输出 引脚 LED 打开后 LED 熄灭后 能量输出 + 工具栏索引 : 高级菜单 -- Basic Sensor + 模块说明 :Analog Read 函数用于读取引脚的模拟量电压值, 适用于一切模拟输入信号的电子器件, 比如旋转电阻 光敏电阻和温度传感器 Mind+ 采集模拟 LED 量的默认范围是 0~1023, 你根据输出元件的范围重 + 工具栏索引 : 初级菜单 -- LED 新设置, 这是与直接用特定的模块比如旋转电阻的最大区别 界面操作 在这个判断之中, 光敏电阻通过 Analog Read 输入模拟数据, 然后用 IF 做出数值的判断, 若小于 800,LED 灯亮, 若大于或等于 800,LED 灯灭 记得把 Analog Read 的红色数据引脚和 IF 的红色数据引脚连接起来 拓展题 : 学会用颜色显示不同状态 你经常会看见手机或者计算机的 LED 会在不同的电量状态下显示不同的颜色 这是根据电量进行
IF 判断输出不同的颜色信号 我们可以模仿这个效果做一个光敏变色灯的实验 当光敏电阻的模拟量值是 0-340 时,RBG LED 为红色, 当模拟量为 341-680 时,RBG LED 为绿色, 当模拟量为 681-1023 时,RBG LED 为蓝色 这个项目较难, 可以花点时间思考模块的关系 提示 : 1. 这个项目需要设置三个值域的话, 因此需要两个 IF 进行判断 电路搭建 2. 建议采用一个 RBG/ 全彩 LED 灯 ( 共阴 ) 显示所需的颜色 这个灯里面相当于接了三个原色灯, 通过调节红 (R) 绿 (G) 蓝 (B) 的配色组合可以显示所有的颜色 请注意每支引脚的接法, 每个引脚都需要接 330Ω 的电阻 Mind+ 操作界面 如果你愿意进一步尝试新模块的话, 还可以用 Analog Trigger-- Analog Read 和 IF 的结合体 Analog Trigger 设定了两个比较值, 因此把值域分成三个部分, 可以设置输出后三个不同的状态 电路搭建跟上图一样, 但能量输出的端口需要稍作改变 用 2 个 IF 输出的三种值域是渐大或者渐小, 当 Analog Trigger 的第一个能量输出端口是给中间的值域引脚最小值最大值, 即最大值和最小值之间的值域, 所以需要变换插孔的序号 当测出的模拟量比最小值小时输出当测出的模拟量在范围内时输出 操作界面 启动模块 停止模块 当测出的模拟量比最大值大时输出
08 温度传感器 温度报警器 延续第 7 个项目用 IF 判断模拟量自动切换状态的做法, 这个项目通过判断温度的高低, 使控制板在温度高于某个值的时候运行蜂鸣器, 起到温度报警的作用 Arduino 元件清单 : LM35 有源蜂鸣器 温度传感器 + 接法 : 将有 LM35 标识的一面对着自己, 引脚从左到右依次是 5V 电源 A0 和 GND + 工作原理 : 温度传感器是利用物质随温度变化特性的规律, 把温度转换为电量的传感器 LM35 是其中的一种, 它能够测量 0-150 摄氏度, 其输出电压为摄氏温标 有源蜂鸣器 有源蜂鸣器 + 接法 : 长引脚接 D6 (PWM), 短引脚接 GND + 工作原理 : 有源蜂鸣器内部含有震荡源, 有正负极的, 只要一通电就会 电路搭建 无源蜂鸣器 连续发声 + 使用技巧 : 有源蜂鸣器是相对于无源而言的, 这两种蜂鸣器外表几乎一致, 只有当你把他们翻过来才能区别 有源蜂鸣器的背面是密封的黑胶, 有极性因此有长短脚 无源蜂鸣器背面是绿色的小控制板, 无极性因此两 脚同长 * 这里的 源 不是指电源, 而是指震荡源
Mind+ 模块清单 LM35 IF Speaker 启动模块 停止模块 引脚 数据传输 能量输出 LM35 + 工具栏索引 : 初级菜单 LM35 + 模块说明 :LM35 的数值范围是 0-150, 单位是摄氏温标, 而非一般的模拟量 0-1023. 引脚频率持续时间 Speaker / Buzzer 启动模块 能量输出 + 工具栏索引 : 初级菜单 Speaker or Buzzer + 模块说明 : 无源蜂鸣器和有源蜂鸣器的模块都是 Buzzer 或者 Speaker 如果是有源蜂鸣器的话, 可以不用设置声音的频率和持续时间
启动模块 参与比较的数值 参与比较的数值 判断为真, 即当所测到的数值小于 判断为假, 即当所测到的数值大于或等 IF + 工具栏索引 : 初级菜单 IF + 模块说明 :IF 常用来判定所给定的条件是否满足, 根据判定的结果 ( 真或假 ) 决定执行给出的两种操作之一 其中两个引脚可以输入参与比较的值, 一个用于其他模块数据的输入, 这引脚可以为任意数字, Mind+ 默认为 0. 另一个是你想要进参照的值, 两者可以颠倒位置 另外, 你可以双击中间的红色引脚, 改变数字比较的关系 界面操作 从菜单栏中拉出 LM35 IF 和 Speaker 三个模块, 并按下图连线 记得从 LM35 的红色数据传输引脚拉出一条线接到 IF 的红色比较值引脚 然后你可以双击 IF 的另一个红色数字引脚设置参考值 假设你设置比较值为 30, 则当温度高于 30 时, 蜂鸣器响起 如果你在室温较低的地方做这个项目, 可以用手捏着 LM35 手动升高温度 Mind+Arduino
3 ANALOG OUTPUT / PWM 模拟输出 / 脉冲宽度调制 / 就
模拟输出引脚 D3 D5 D6 D9 D10 D11 你可能会发现控制板上只有 ANALOG IN, 没有 ANALOG OUT 这是因为计算机只能读取 0 或 1 二进制的数字信号, 所以模拟量需要转成数字信号才能被计算机读取, 这种模拟转数字的信号称为 PWM (Pulse Width Modulation, 脉冲宽度调制 ) 信号 控制板在 1 秒内可以输出约 1000 次信号,PWM 通过快速控制电路通断, 调整每次输出高电平的时间, 使电压与频率协调变化 因为速度极快, 因此肉眼无法觉察开关的间隔 我们会在下面的案例中提供更具体的解释 PWM 的数值范围是 0-255, 即引脚输出 0V 至 5V 的范围内能够分成 256 份 电路板上标有 ~ 的数字引脚便是 PWM 引脚, 包括 D3 D5 D6 D9 D10 和 D11 用 PWM 的元件包括了 LED 灯 舵机和无源蜂鸣器等 我们将在下面的项目控制灯 光的强弱 ( 第 9 课 ) 和舵机的转动角度 ( 第 10 课 )
09 LED (PWM) 调光台 在这个项目中, 我们用旋转电阻手动控制灯光的强弱, 制作一个简陋的调光台, 同时你也能用 Curve Progression 自动控制灯光变化的强弱和速度 Arduino 元件清单 旋转电阻 LED 灯 220Ω 电阻 LED + 接法 : 短引脚接地, 长引脚接 D6. * 如果你只想控制等开关亮灭的话, 接数字输出输入引脚, 如果想控制灯光强弱, 接模拟输出引脚 + 工作原理 : 控制 LED 灯光强弱的功能称为 PWM 功能 (Pulse Width Modulation, 脉冲调制 ) 假设用延时函数 (Delay) 来控制 LED 灯闪烁的时间间隔 现在你改变延时函数的数值, 直到看不出 LED 亮灭的时间间隔为止 如果你把这个最小间隔改为 1/2, 你就会发现 LED 的亮度是正常情况的 50%, 当时间调为 1/4,LED 亮度为 25% 也就是说, 如果你让它闪得足够快, 你便觉察不到它在闪烁, 而你观察得到的是 LED 的不同亮度 电路搭建 Mind+ 模块清单
Analog Read Analog Write 启动模块 停止模块 引脚 数值的范围 能量输出 Analog Read + 工具栏索引 : 高级菜单 -- Basic Sensor Analog Read + 模块说明 :Analog Read 用于读取引脚的模拟量电压值, 适用于一切模拟输入信号的电子器件, 比如旋转电阻 光敏电阻和温度传感器 启动模块 引脚 你想输出的模拟量 能量输出 Analog Write + 工具栏索引 : 高级菜单 Basic Sensor Analog Write + 模块说明 :Analog Write 用于输出引脚的模拟量电压值, 适用于一切模拟输出信号的电子器件, 比如 LED 灯和无源蜂鸣器等 界面操作 从工具栏中拉出 Analog Read 和 Analog Write, 并按下图连线 记得从 Analog Read 的数据传输线拉出一条接到 Analog Write 的模拟量引脚上, 而且你需要把 Analog Read 的数值范围改为 0-255, 而非默认的 0-1023 因为你需要控制灯光强弱时,Analog Write 即 LED 灯的数值范围是 0-255, 所以对应的 Analog Read 的数值范围也是 0-255 如果你试着把 Analog Read 替换成 Rotation Sensor 旋转电阻的话, 你会发现旋转电阻转 1 圈, 可以控制灯的 4 次明暗, 因为 Rotation Sensor 模拟输入的数值范围是 LED 模拟输出数值范围的 4 倍 你不只可以通过 Mind+ 手动控制灯光强弱, 也可以自动控制它的变化 Arduino 元件清单
LED 电阻 电路搭建 Mind+ 模块清单 Curve Generator Analog Write 整个周期的长度数值范围绘制数据曲线 启动模块 关闭模块 输出 触发后续模块 数据传输已经执行的时间 当前运行的百分 Curve Progression + 工具栏索引 : 高级菜单 Time Curve Progression + 模块说明 : 波度曲线模块直接控制运动趋势 速度和持续时间, 可以配合各种执行模块制作呼吸灯或者舵机动画 双击打开绘制曲线的端口, 在直线上双击可以增加曲线上的点, 拉拽可形成波度
启动模块 引脚 输出的模拟量 能量输出 Analog Write + 工具栏索引 : 高级菜单 Basic Sensor Analog Write + 模块说明 :Analog Write 用于输出引脚的模拟量电压值, 适用于一切模拟输出信号的电子器件, 比如 LED 灯和无源蜂鸣器等 界面操作 从工具栏拉出 Curve Generator 和 Analog Write, 并按下图连线 记得把 Curve Generator 的红色数据传输脚和 Analog Write 的红色数据传输脚相连 而且, 我们需要把 Curve Generator 的数值范围调整为 0-255, 使其与 LED 灯脉冲宽度调制数值范围一致
10 舵机 机械手臂 这个项目通过转动旋转电阻控制舵机运动的角度, 常用于常用在机器人技术 电影效果制作和木偶控制当中 同时舵机就可以承受一定的重量, 因此你还也可以利用舵机倾斜角度去控制开关, 比如自动浇花器或宠物喂食器的开关 Arduino 元件清单 旋转电阻 舵机 舵机 + 接线 : 舵机一共有三根引线, 分别为黑色 红色和白色 ( 或黄色 ), 分别接地 电源和 D6. + 工作原理 : 电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源 控制线的输入 * 一些不是很正规的舵机引线的颜色是黄红棕, 分别是一个宽度可调得周期性方波脉冲信号 方波脉冲信号的周期为接 PWM 5V 和 GND 20ms( 即频率为 50Hz) 当方波的脉冲宽度改变时, 舵机转轴的角度发生改变 舵机的优点是可以精确地控制转动的角度, 缺点是是电路搭建因为本身机械结构限制只能转一圈, 当度数超过 180 度时, 比如 190 度, 它往反方向转到 10 度 个 Mind+ 模块清单
Analog Read Set Servo Angle 启动模块 界面操作 引脚 想要的舵机绝对角度 能量输出 Set Servo Angle + 工具栏索引 : 高级菜单 Servo Set Servo Angle + 模块说明 : 设定舵机转动的绝对角度 从工具栏拉出 Analog Read 和 Set Servo Angle, 按下图连线 记得把 Analog Read 和 Set Servo Angle 的数据传输端口相连, 而且需要把 Analog Read 的数值范围改为 0-180 如果你直接用 Rotation Sensor ( 旋转电阻 ) 代替 Analog Read 的话,Rotation Sensor 默认的数值范围是 0-1023, 但舵机的旋转范围是 0-180, 因此这里需要用 Analog Read 并且设置跟舵机一致的数值范围, 使旋转电阻和舵机的转动完全同步
4 Mind+ 操作指南
Mind+ 操作指南 选择模块 : 在左边的工具栏选择你需要的模块, 选中拉到右边的工作区 连线 :START 代表能量, 模块需要与 START 相连获得能量 可连线的引脚有两种颜色, 蓝 色表示能量的传递, 红色表示数据的传递, 只有同色的引脚才能相连
删除模块或者线 选中模块, 按 DELETE 或者右上角的垃圾桶进行删除 搜索 : 双击工作区即可出线搜索栏 还原窗口 : 双击窗口上端
07 光敏电阻 天黑开灯 在了解完模拟量之后, 我们可以用 IF 判断给模拟量进行判断, 当模拟量达到某个数值时, 控制板可以发出某个命令, 实现状态的自动切换 在这个实验中, 我们设置当环境光线变暗时,LED 自动亮起, 环境光变亮时,LED 灭掉, 就跟大街上的路灯一样 Arduino 元件清单 光敏电阻 LED 灯 10kΩ 电阻 220Ω 电阻 5V 电路搭建 采集数据的 分压跳线 A0 GND 光敏电阻 + 接法 : 两支引脚分别接 5V 和 GND( 无极性 ), 分压的引脚接 A0. + 工作原理 : 光敏电阻是根据环境光线强度阻值可变的电阻, 光敏电阻一般需要接一个电阻分压 这个电阻的电阻值是固定的, 电路电源也是固定的 5V, 只有光敏电阻的电阻值随光线变化, 因此控制板通过读取光敏电阻所分的电压来采集数据 光线越强, 光敏电阻的阻值越小, 所分的电压越小, 取值就越大, 反之则采集的数据越小 如果你把电和低接反就会出现相反的结果 Mind+ 模块清单 IF Analog Read LED
参与比较的数值 启动模块 参与比较的数值 判断为真, 即当所测到的数值小于 800 时 停止模块启动模块 引脚 数值的范围 判断为假, 即当所测到的数值大于或等于 800 时 IF + 工具栏索引 : 初级菜单 IF + 模块说明 :IF 常用来判定所给定的条件是否满足, 根据判定的结果 ( 真或假 ) 决定执行给出的两种操作之一 其中两个引脚可以输入参与比较的值, 一个用于其他模块数据的输入, 这引脚可以为任意数字,Mind+ 默认为 0. 另一个是你想要进参照的值, 两者可以 Analog Read 启动模块 停止模块 颠倒位置 另外, 你可以双击中间的红色引脚, 改变数字比较的关系 数据输出 引脚 LED 打开后 LED 熄灭后 能量输出 + 工具栏索引 : 高级菜单 -- Basic Sensor + 模块说明 :Analog Read 函数用于读取引脚的模拟量电压值, 适用于一切模拟输入信号的电子器件, 比如旋转电阻 光敏电阻和温度传感器 Mind+ 采集模拟 LED 量的默认范围是 0~1023, 你根据输出元件的范围重 + 工具栏索引 : 初级菜单 -- LED 新设置, 这是与直接用特定的模块比如旋转电阻的最大区别 界面操作 在这个判断之中, 光敏电阻通过 Analog Read 输入模拟数据, 然后用 IF 做出数值的判断, 若小于 800,LED 灯亮, 若大于或等于 800,LED 灯灭 记得把 Analog Read 的红色数据引脚和 IF 的红色数据引脚连接起来 拓展题 : 学会用颜色显示不同状态 你经常会看见手机或者计算机的 LED 会在不同的电量状态下显示不同的颜色 这是根据电量进行
IF 判断输出不同的颜色信号 我们可以模仿这个效果做一个光敏变色灯的实验 当光敏电阻的模拟量值是 0-340 时,RBG LED 为红色, 当模拟量为 341-680 时,RBG LED 为绿色, 当模拟量为 681-1023 时,RBG LED 为蓝色 这个项目较难, 可以花点时间思考模块的关系 提示 : 3. 这个项目需要设置三个值域的话, 因此需要两个 IF 进行判断 电路搭建 4. 建议采用一个 RBG/ 全彩 LED 灯 ( 共阴 ) 显示所需的颜色 这个灯里面相当于接了三个原色灯, 通过调节红 (R) 绿 (G) 蓝 (B) 的配色组合可以显示所有的颜色 请注意每支引脚的接法, 每个引脚都需要接 330Ω 的电阻 Mind+ 操作界面 如果你愿意进一步尝试新模块的话, 还可以用 Analog Trigger-- Analog Read 和 IF 的结合体 Analog Trigger 设定了两个比较值, 因此把值域分成三个部分, 可以设置输出后三个不同的状态 电路搭建跟上图一样, 但能量输出的端口需要稍作改变 用 2 个 IF 输出的三种值域是渐大或者渐小, 当 Analog Trigger 的第一个能量输出端口是给中间的值域引脚最小值最大值, 即最大值和最小值之间的值域, 所以需要变换插孔的序号 当测出的模拟量比最小值小时输出当测出的模拟量在范围内时输出 操作界面 启动模块 停止模块 当测出的模拟量比最大值大时输出