【雕爷学编程】Arduino动手做（04）---震动传感器模块3

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试多做实验，不管成功与否，都会记录下来——小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验四：震动传感器模块SW-420/520D SW-18010P灵敏常开常闭报警感应振动

四、水银震动开关
1、水银，汞是化学元素，元素周期表第80位，俗称水银。元素符号Hg，在化学元素周期表中位于第6周期、第IIB族，是常温常压下唯一以液态存在的金属（从严格的意义上说，镓（符号Ga,31号元素）和铯（符号Cs，55号元素）在室温下（29.76℃和28.44℃）也呈液态）。汞是银白色闪亮的重质液体，化学性质稳定，不溶于酸也不溶于碱。汞常温下即可蒸发，汞蒸气和汞的化合物多有剧毒（慢性）。水银具有良好的导电性和流动性。汞使用的历史很悠久，用途很广泛。 在中世纪炼金术中与硫磺、盐共称炼金术神圣三元素。

2、水银开关
又称倾侧开关，是常用电路开关的一种，一般是一个小玻璃泡容器中储存着一小滴水银，容器中多数注入惰性气体或真空。因为重力的关系，水银珠会向容器中较低的地方流去，因为水银是一种导电的液体，如果它同时接触到两个电极，电路便会接通，否则电路断开。因为水银开关的通断与物体的水平角度有关，因此它常被应用在一些自动控制电路当中。我有五个这种水银震动开关。

3、水银开关内部结构图

4、水银开关主要特色
●由密封玻璃管、电极和水银组成；
●通过水银的流动特性来实现电路的通断，自由角度，灵活控制；
●高温烧制，可以做成任何形状；
●广泛应用于水位液位控制、报警装置、检测装置、通讯设备、仪器仪表等领域作信号传递及控制用。

水银是液态，接触面积接触大且稳定，一般来说导通效果更稳定。其电阻在0.02欧以下, 在额定电流下寿命可达几百万次，可用来分合交直流大电流，体积小，灵敏度高，无机械噪音，价格低廉，所以一向是作为自动控制用开关。适用于有尘埃、油、水蒸汽等和有腐蚀性气体的特殊场所，也可以在有爆炸性气体的场所中充当防爆开关使用。玻璃管封装的水银开关的优点是可以从外部观察到它的工作状态，缺点就是容易破碎。

5、工作原理
水银开关的构造很简单。外面是一个密封的圆柱形绝缘壳体，长约30 毫米, 直径约10 毫米。里面装有约五分之一的水银。在壳体的一端固定着从里面引出的两根导线。这就是一个水银开关。因为重力的关系，水银水珠会向容器中较低的地方流去，如果同时接触到两个电极的话，开关便会将电路闭合，开启开关，从而触发后续电路工作。

6、特别注意：
水银有毒，一旦震动开关玻璃泡破裂，请迅速将流出的水银移至室外，切勿与皮肤接触。因为水银开关里面的水银量很少，甚至比普通水银体温计里面的还少，因此在正确使用的情况下，不必担心安全问题。

4.7.4. LM393电压比较器小板（含电位器版）
震动传感器模块的实物图片

收集到的九种震动传感器模块（见上图）之中，有六种是带有LM393芯片的模块，这个也是大部分数字传感器的标准配置，一般都是比较简单的开关量模块。

一、LM393芯片简介——
LM393是一块双比较器电路，其有两个独立，精确的电压比较器组成，失调电压不超过2.0Mv。两比较器是专门设计在电压范围较宽的单电源下工作，但在双电源下也能工作，并且其电源电流大小不受电源电压幅度大小影响，这些比较器有一个独特的性能，就是即使在单电源下工作，其输入共模电压范围也保持零电平。主要应用于：限幅器，延时发生器，MOS时钟计数器。可以直接与TTL和CMOS相连。

二、LM393内部结构图

LM393是常用的运放芯片——最主要的用途就是用作电压比较器。什么是电压比较器，就是比较两个输入的电压是不是一样。这个特点很有用，我们身边的电器几乎没有不用到这个功能的。比如充电器，现在的充电器都是智能充电器，什么叫智能，其一是电充满了，就自动断了，不再充了。其二，就是人家能够自动进行涓流充电，充到一定程度自动停止。所以不用担心充炸掉的情况。再有温度保护装置，现在很多的芯片或者电子模块都有温度保护模块，模块里面有个温度传感器，这个温度传感器将温度变化转变成电压变化，当这个电压超过给定的电压时，就会自动切断电路。

实际上，运放都有电压比较的功能，原因是运算放大器的输入端是差动输入，两个一模一样的输入端，一个叫同相输入，一个叫反相输入，正因为这种结构，才会使运放有电压比较的功能，当两个输入端输入电压不一样的时候，在输出端就会产生电压。既然运放都有比较器的特点，比如用作前置放大的运放LM358是不是也可以做电压比较器？回答是一般情况下不要这样做，原因是电压比较器的切换速度更快，即一旦检测出电压变化，输出端响应速度非常快，这不是一般运算放大器可比。其次，两类运放的输出结构不一样，比较器没有推挽电路，什么是推挽电路，就是一般的放大器为了提高功率，使用一对功率管接力输出，一个输出正半周信号，一个输出负半周信号。比较器是集电极开路结构，这种结构便于与数字电路进行对接。不管怎么说，这个电压比较器是基本电路，用途非常之多。

三 、双比较器电路 LM393的应用说明——
LM393 是高增益，宽频带器件，像大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而产生容性耦合，则很容易产生振荡，这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入-输出寄生电容偶合是有助的，减小输入电阻到小于10KOHM 将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量滞回(1.0~ 10Mv) 能导制快速转换，使得不可能产生由于寄生电容反馈引起的振荡，除非利用滞后，否则直接插入IC 并在引脚上加上电阻将引起输入-输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快，则滞回将不需要。
（1）比较器的所有没有用的引脚必须接地；
（2）LM393 偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围2.0V ~30V无关；
（3）通常电源不需要加旁路电容；
（4）差分输入电压可以大于VCC 并不损坏器件，保护部分必须能阻止输入电压向负端超过-0.3V；
（5）LM393 的输出部分是集电极空载，发射极接地的NPN 输出晶体管，可以用多集电极输出提供或ORing 功能，输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，而且也不根据加到VCC 端的电压值限制这个电压，此输出能作为一个简单的对地SPS 开关(当不用负载电阻没被运用)输出部分的灌电流被可能得到的驱动和器件的B值所限制，当达到极限电流(16Ma) 时，输出晶体管将退出和且输出电压将很快上升，输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm 的rSAT 限制。
（6）当负载电流很小时，输出晶体管的低失调电压(约1.0mV )允许输出箝位在零电平。

四、LM393比较器的标准模块的电原理图与接脚示意图

大部分的触发类传感器，比如光敏电阻、热敏电阻、震动传感器、光电二极管、雨滴传感器、干簧管等等，都是使用这款高性价比的LM393模块来对接单片机，简单有效而且相当可靠。

4.7.4. 震动传感器传感器的实验环境

一、实验所需硬件清单

杜邦线 若干
LED发光二极管X1
Arduino UNO板 X1
KY-017水银开关传感器模块X1
ANT-801S 震动开关传感器模块X1
KY-031敲击（晃动）传感器模块X1
SW-18010p 滚珠震动传感器模块X1
SW-520D倾斜震动开关传感器模块X1
常闭型SW-420震动开关传感器模块X1
Proto Shield 原型扩展板（带mini面包板）X1

二、震动传感器模块实验所需软件平台
代码编程 Arduino IDE （版本1.8.14）
仿真编程 Linkboy （版本V4.63）
图形编程 Mind+ （版本 V1.7.0 RC2.0）以及 编玩边学（线上平台）

4.7.5. 震动传感器传感器模块的的几个小实验
一、常闭型SW-420震动开关传感器模块
1、实验模块特色：
（1）采用ＳＷ-420常闭型震动传感器
（2）比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA
（3）工作电压3.3V-5V
（4）输出形式 ：数字开关量输出（0和1）
（5）设有固定螺栓孔，方便安装
（6）小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm
（7）使用宽电压LM393比较器

实验模块电原理图