【雕爷学编程】MicroPython动手做（18）——掌控板之声光传感器

知识点：什么是掌控板？
掌控板是一块普及STEAM创客教育、人工智能教育、机器人编程教育的开源智能硬件。它集成ESP-32高性能双核芯片，支持WiFi和蓝牙双模通信，可作为物联网节点，实现物联网应用。同时掌控板上集成了OLED显示屏、RGB灯、加速度计、麦克风、光线传感器、蜂鸣器、按键开关、触摸开关、金手指外部拓展接口，支持图形化及MicroPython代码编程，可实现智能机器人、创客智造作品等智能控制类应用。

掌控板硬件特性:
ESP-32主控
处理器：Tensilica LX6双核处理器（一核处理高速连接；一核独立应用开发）
主频：高达240MHz的时钟频率
SRAM：520KB
Flash：8MB
Wi-Fi标准：FCC/CE/TELEC/KCC
Wi-Fi协议：802.11 b/g/n/d/e/i/k/r (802.11n，速度高达150 Mbps)，A-MPDU和A-MSDU聚合，支持0.4us防护间隔
频率范围：2.4~2.5 GHz
蓝牙协议：符合蓝牙v4.2 BR/EDR和BLE标准
蓝牙音频：CVSD和SBC音频低功耗：10uA
供电方式：Micro USB供电
工作电压：3.3V
最大工作电流:200mA
最大负载电流:1000mA
掌控板载
三轴加速度计MSA300,测量范围:±2/4/8/16G
地磁传感器MMC5983MA,测量范围:±8 Gauss;精度0.4mGz,电子罗盘误差±0.5°
光线传感器
麦克风
3 颗全彩ws2812灯珠
1.3英寸OLED显示屏，支持16*16字符显示，分辨率128x64
无源蜂鸣器
支持2个物理按键(A/B)、6个触摸按键
支持1路鳄鱼夹接口，可方便接入各种阻性传感器
拓展接口
20通道数字I/O， (其中支持12路PWM，6路触摸输入)
5通道12bit模拟输入ADC，P0~P4
1路的外部输入鳄鱼夹接口:EXT/GND
支持I2C、UART、SPI通讯协议

麦克风、光线传感器
掌控板板载麦克风，可以用其感知周边环境的声音变化。
掌控板板载光线传感器，可以用其感知周边环境的光线变化。
侦测范围的值是0-4095。

1、麦克风
学名为传声器，由英语microphone（送话器）翻译而来，也称话筒，微音器。麦克风是将声音信号转换为电信号的能量转换器件。分类有动圈式、电容式、驻极体和最近新兴的硅微传声器，此外还有液体传声器和激光传声器。大多数麦克风都是驻极体电容器麦克风，其的工作原理是利用具有永久电荷隔离的聚合材料振动膜 。

大多数麦克风都是驻极体电容器麦克风（ECM），这种技术已经有几十年的历史。ECM 的工作原理是利用具有永久电荷隔离的聚合材料振动膜。与ECM的聚合材料振动膜相比，MEMS麦克风在不同温度下的性能都十分稳定，不会受温度、振动、湿度和时间的影响。由于耐热性强，MEMS麦克风可承受260℃的高温回流焊，而性能不会有任何变化。由于组装前后敏感性变化很小，这甚至可以节省制造过程中的音频调试成本。目前，集成电路工艺正越来越广泛地被应用在传感器及传感器接口集成电路的制造中。这种微制造工艺具有精确、设计灵活、尺寸微型化、可与信号处理电路集成、低成本、大批量生产的优点。早期微型麦克风是基于压阻效应的，有研究报道称，制作了以(1×1)cm2、2μm厚的多晶硅膜为敏感膜的麦克风。但是，在敏感膜内不存在应力的情况下，这样大并且很薄的多晶硅膜的一阶谐振频率将低于300Hz。一阶谐振频率在这样低的频段范围内将导致麦克风在听觉频率范围内的频率响应极不均匀(灵敏度的变化量大于40dB)，这对于麦克风应用是不可接受的。当敏感膜内存在张应力时，其谐振频率将增大，却以牺牲灵敏度为代价。当然，可以通过调整敏感膜的尺寸来获得更高的一阶谐振频率，但是这仍将减小灵敏度。由此可见，压阻式方案并不适于微型麦克风的制造 。

一种可行的解决方案就是采用电容式方案，来制造微型麦克风。这一方法的优点就是：在集成电路制造工艺中使用的所有材料都可用于传感器的制造。但是采用单芯片工艺制造微麦克风有相当难度，因为在两个电容极板之间的空气介质只能有很小的间隔。而且，由于尺寸的限制，在一些应用场合偏置电压很难满足。基于上述问题，对于电容式麦克风的研究一直没有间断过。

2、光电传感器
是将光信号转换为电信号的一种器件。其工作原理基于光电效应。光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。根据光电效应现象的不同将光电效应分为三类：外光电效应、内光电效应及光生伏特效应。光电器件有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。分析了光电器件的性能、特性曲线。

光电传感器一般由处理通路和处理元件2 部分组成。其基本原理是以光电效应为基础，把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将非电信号转换成电信号。光电效应是指用光照射某一物体，可以看作是一连串带有一定能量为的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应。通常把光电效应分为3 类：（1 ）在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等；（2 ）在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光敏晶体管等；（3 ）在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，如光电池等。

光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

3、OLED显示光线与声音数值

#MicroPython动手做（18）——掌控板之声光传感器
#OLED显示光线与声音数值

from mpython import *

import time
while True:
    oled.fill(0)
    oled.DispChar('声音值为', 40, 11, 1)
    oled.DispChar((str(sound.read())), 55, 22, 1)
    oled.DispChar('光线值为', 40, 33, 1)
    oled.DispChar((str(light.read())), 53, 44, 1)
    oled.show()
    time.sleep(1)

使用前，导入mpython模块
from mpython import *

我们用 sound.read() 获取麦克风的数据。
sound.read()

注解
麦克风使用 read() 函数来读取数据。返回的值为12bit的ADC采样数据，即最大值为十进制4095。

使用 light 对象来获取光线传感器数据:
light.read()

注解
光线传感器使用 read() 函数来读取数据。返回的值为12bit的ADC采样数据，即最大值为十进制4095。

mPython 图形编程

4、光控开关（光线值小于300红灯亮）

#MicroPython动手做（18）——掌控板之声光传感器
#光控开关（光线值小于300红灯亮）

from mpython import *

import time
while True:
    oled.fill(0)
    oled.DispChar('光线值', 46, 22, 1)
    oled.DispChar((str(light.read())), 55, 33, 1)
    oled.show()
    time.sleep_ms(100)
    if light.read() < 300:
        rgb.fill( (int(120), int(0), int(0)) )
        rgb.write()
        time.sleep_ms(1)
        time.sleep_ms(100)
    else:
        rgb.fill( (int(0), int(100), int(0)) )
        rgb.write()
        time.sleep_ms(1)
        time.sleep_ms(100)

mPython 图形编程

5、简易光强度测量仪

#MicroPython动手做（18）——掌控板之声光传感器
#简易光强度测量仪

from mpython import *

myUI = UI(oled)
while True:
    oled.fill(0)
    i = ((100 - 0) / (4095 - 0)) * (light.read() - 0) + 0
    oled.DispChar('光强度', 25, 10, 1)
    oled.DispChar((str(light.read())), 73, 10, 1)
    myUI.stripBar(10, 32, 105, 10, i, 1, 1)
    oled.show()

mPython 图形编程