感知物理世界，探索单片机100个传感器技术案例

# 1. 单片机传感器技术概述

单片机传感器技术是一种利用单片机对传感器信号进行采集、处理和控制的技术。它将传感器与单片机相结合，形成一个完整的系统，用于检测和测量物理、化学或生物量。

传感器是一种能够将物理、化学或生物量转换为电信号的器件。单片机是一种小型计算机，具有处理、存储和控制功能。通过将传感器与单片机相连接，可以实现对传感器信号的采集、处理和控制，从而实现对被测量的量进行实时监测和控制。

# 2. 传感器类型及原理

传感器是将物理、化学或生物量转换成电信号的装置，广泛应用于各种领域。根据传感原理，传感器可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。

### 2.1 物理传感器

物理传感器检测物理量，如温度、湿度、光照等。

#### 2.1.1 温度传感器

温度传感器测量温度变化，常见类型包括：

- **热敏电阻 (NTC)**：电阻值随温度升高而减小。
- **热电偶**：不同金属接触形成温差电势，与温度成正比。
- **红外温度传感器**：检测物体发出的红外辐射，与温度相关。

#### 2.1.2 湿度传感器

湿度传感器测量空气中的水分含量，常见类型包括：

- **电容式湿度传感器**：电容值随湿度变化而改变。
- **电阻式湿度传感器**：电阻值随湿度变化而改变。
- **光学湿度传感器**：光吸收率随湿度变化而改变。

#### 2.1.3 光传感器

光传感器测量光照强度，常见类型包括：

- **光电二极管**：光照下产生电流。
- **光电晶体管**：光照下放大电流。
- **光敏电阻**：电阻值随光照强度变化而改变。

### 2.2 化学传感器

化学传感器检测化学物质，常见类型包括：

#### 2.2.1 气体传感器

气体传感器测量气体浓度，常见类型包括：

- **电化学传感器**：气体与电解液反应产生电势。
- **金属氧化物半导体 (MOS) 气体传感器**：气体吸附在半导体表面改变电阻。
- **光学气体传感器**：气体吸收或散射特定波长的光。

#### 2.2.2 液体传感器

液体传感器测量液体特性，常见类型包括：

- **pH 传感器**：测量溶液的 pH 值。
- **电导率传感器**：测量溶液的电导率。
- **浊度传感器**：测量溶液的浊度。

### 2.3 生物传感器

生物传感器检测生物物质，常见类型包括：

#### 2.3.1 心率传感器

心率传感器测量心率，常见类型包括：

- **光电容积描记术 (PPG)**：检测手指或手腕的血流量变化。
- **心电图 (ECG)**：检测心脏电活动。

#### 2.3.2 血糖传感器

血糖传感器测量血糖浓度，常见类型包括：

- **酶电极传感器**：葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化产生电势。
- **光学血糖传感器**：葡萄糖吸收特定波长的光。

# 3. 传感器接口与数据采集

### 3.1 模拟传感器接口

#### 3.1.1 ADC原理

模数转换器（ADC）是一种电子器件，用于将模拟信号（连续变化的电压或电流）转换为数字信号（离散的二进制值）。ADC的工作原理是通过比较模拟信号与一个已知的参考电压，然后根据比较结果生成一个数字值。

ADC的转换过程涉及以下步骤：

1. **采样：**ADC从模拟信号中获取一个瞬时值。
2. **量化：**ADC将采样值与参考电压进行比较，并根据比较结果生成一个数字值。
3. **编码：**ADC将数字值转换为二进制代码。

ADC的性能由以下参数决定：

- **分辨率：**ADC可以区分的最小模拟信号变化量。
- **采样