单片机实验传感器应用全攻略：温度、湿度和光照检测

# 1. 单片机实验传感器概述**

单片机实验传感器是用于检测和测量物理量或环境参数的电子器件。它们将物理量转换为电信号，以便单片机进行处理和分析。

传感器在单片机系统中扮演着至关重要的角色，它们为单片机提供外部环境的信息，使单片机能够做出相应的决策和控制。在单片机实验中，传感器通常用于测量温度、湿度、光照等物理量。

单片机传感器实验是单片机学习中的重要组成部分，通过这些实验，学习者可以深入了解传感器的原理、接口电路设计和程序设计，掌握单片机与传感器交互的技能。

# 2.1 温度传感器原理与选型

### 2.1.1 温度传感器的分类和特点

温度传感器是一种将温度信号转换为电信号的器件，广泛应用于工业、农业、医疗等领域。根据传感原理，温度传感器可分为以下几类：

- **热电偶：**利用两种不同金属材料的接触点在温度变化时产生的热电势，输出与温度成正比的电压信号。优点是测量范围宽、响应速度快。
- **热敏电阻：**利用半导体材料的电阻值随温度变化而变化的特性，输出与温度成正比或负比的电阻信号。优点是精度高、线性度好。
- **电容式温度传感器：**利用电容器的电容值随温度变化而变化的特性，输出与温度成正比或负比的电容信号。优点是灵敏度高、稳定性好。
- **红外温度传感器：**利用物体在不同温度下辐射红外能量的不同，输出与温度成正比的电信号。优点是无接触测量、响应速度快。

### 2.1.2 单片机温度传感器接口电路设计

单片机与温度传感器接口电路的设计主要考虑以下因素：

- **信号调理：**将温度传感器的电信号转换为单片机可以识别的电压或电流信号。
- **放大：**放大温度传感器的信号，提高测量精度。
- **滤波：**滤除温度传感器的信号中的噪声，提高测量稳定性。

常用的温度传感器接口电路包括：

- **运放放大器：**用于放大温度传感器的信号，提高测量精度。
- **比较器：**用于将温度传感器的信号与参考电压进行比较，输出数字信号。
- **ADC（模数转换器）：**用于将温度传感器的模拟信号转换为数字信号，以便单片机处理。

// 使用运放放大器放大热敏电阻信号
#define VREF 3.3 // 参考电压
#define R1 10000 // 电阻 R1
#define R2 1000 // 电阻 R2
float temperature;

void setup() {
  // 初始化 ADC
  analogReadResolution(12);
  analogReference(EXTERNAL);
}

void loop() {
  // 读取热敏电阻的模拟信号
  int adcValue = analogRead(A0);

  // 计算温度
  temperature = (VREF * R2 / (R1 + R2)) * adcValue;
}

**代码逻辑分析：**

- `analogReadResolution(12)`：设置 ADC 分辨率为 12 位。
- `analogReference(EXTERNAL)`：设置 ADC 的参考电压为外部电压 VREF。
- `analogRead(A0)`：读取热敏电阻连接到 A0 引脚的模拟信号。
- `temperature = (VREF