【雕爷学编程】 MicroPython动手做（34）——通用传感器的综合运用

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。

1、什么是传感器？
传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

中国物联网校企联盟认为，传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。”

“传感器”在新韦式大词典中定义为：“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。

物联网设备中那些常见的传感器见下图

2、在物联网架构中——各种传感器组成了基础的感知层

感知层包括了与环境交互的传感器，执行器和边缘设备等。感知层是物联网的皮肤和五官，用于识别物体、感知物体、采集信息、自动控制，比如装在空调上的温度传感器识别到了室内温度高于30度，把这个信息收集后，自动打开了空调进行制冷；这个层面涉及到的是各种识别技术、信息采集技术、控制技术。而且这些技术是交叉使用的的，各种感知有些是单一的，有些则是综合的，比如机器人就是整合了各种感知系统。 这一层最常见的就是各种传感器，用于替代或者延展人类的感官完成对物理世界的感知，也包括企业信息化过程中用到的RFID以及二维码技术。

3、传感器的特点与作用

传感器的特点
微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。微型化是建立在微电子机械系统（MEMS）技术基础上的，已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器（芯片级应用）。传感器不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。

传感器的作用
人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。

传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。

4、DHT11温湿度传感器

DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。

DHT11模块描述
1、可以检测周围环境的湿度和温度
2、传感器采用DHT11
3、湿度测量范围：20%-95%（0度-50度范围）湿度测量误差：±5%
4、温度测量范围：0度-50度 温度测量误差：±2度
5、工作电压3.3V-5V
6、输出形式 数字输出
7、设有固定螺栓孔，方便安装
8、小板PCB尺寸：3.2cm*1.4cm
9、电源指示灯（红色）
10、每套重量约为8g

DHT11数字温湿度传感器和掌控板连接需要借助掌控扩展版，在掌控扩展版中DHT11可使用的引脚有P0/1/8/9/13/14/15/16，在这里使用引脚P13。将掌控板插在掌控宝扩展板上，通过双母头杜邦线将DHT11和扩展板进行连接，DHT11上的“+”连接扩展板的电源口“V”，“-”连接扩展板的地线口“G”，“out”连接扩展板的引脚“13”。

使用前，导入mpython模块和DHT11类:

from mpython import *
from dht import DHT11

实例化DHT11类，并设置mPython引脚P0:

dht=DHT11(Pin(Pin.P0))

DHT11测量并返回温湿度数据:

dht.measure()
dht.temperature()
dht.humidity()

注解
dht.measure() 为DHT11测量温湿度数据指令，测量后使用 dht.temperature() 、 dht.humidity() 获取测量的温湿度值。

#MicroPython动手做（34）——通用传感器的综合运用
#DHT11温湿度传感器

#MicroPython动手做（34）——通用传感器的综合运用
#DHT11温湿度传感器

from mpython import *
import network
import ntptime
import time
import music
from machine import Timer
import dht

my_wifi = wifi()

my_wifi.connectWiFi("zh", "zy1567")

dht11 = dht.DHT11(Pin(Pin.P15))

tim13 = Timer(13)

def timer13_tick(_):
    try: dht11.measure()
    except: pass

tim13.init(period=1000, mode=Timer.PERIODIC, callback=timer13_tick)


ntptime.settime(8, "time.windows.com")
rgb[1] = (int(0), int(102), int(0))
rgb.write()
time.sleep_ms(1)
music.play('E5:1')
while True:
    oled.fill(0)
    oled.DispChar("温湿度表", 0, 0, 1)
    oled.DispChar((''.join([str(x) for x in [time.localtime()[1], "月", time.localtime()[2], "日", time.localtime()[3], "时", time.localtime()[4], "分", time.localtime()[5], "秒 "]])), 0, 14, 1)
    oled.DispChar((str("温度：") + str(dht11.temperature())), 0, 30, 1)
    oled.DispChar((str("湿度：") + str(dht11.humidity())), 0, 44, 1)
    oled.show()

mPython X 实验图形编程

5、BMP280气压传感器

BMP280是博世最新推出的数字气压传感器，具有卓越的性能和低廉的价格，相对精度为±0.12 hPa（相当于±1米），传感器功耗仅有2.7μA。BMP280具有业界最小封装，采用极其紧凑的8引脚金属盖LGA封装，占位面积仅为2.0×2.5mm2，封装高度为0.95 mm。包括有压力和温度测量功能。该气压传感器支持SPI和IIC通信接口，相比上一代的BMP180，精度已有相当大的提升，非常适合应用于低成本的多旋翼飞行器飞行控制器上，价格仅有目前流行的MS5611的四分之一。传感器模块它的小尺寸和2.74μA@ 1Hz的低功耗允许在电池驱动的设备中实现。门内导航，医疗保健以及GPS改进的新兴应用需要高相对精度和低TCO。得益于小尺寸和低功耗特性，这种器件可用在如移动电话、GPS 模块或手表等电池供电型设备中。与上代产品相同，BMP180、BMP280 也基于Bosch 成熟的压阻式压力传感器技术，具有高确度和线性度，以及长期稳定性和很高的 EMC 稳健性。多种设备工作选择带来了最高灵活性，可以在功耗、分辨率和滤波性能方面对设备进行优化。

BMP280技术规格
1、气压工作范围 300 hPa 至 1100 hPa（海拔9000米~-500米）
2、工作温度范围 -40°C 至 +85°C
3、相对的绝对精度 ±0.12 hPa（典型值）
4、平均测量时间 5.5 ms
5、工作电压 VDD 1.71 V 至 3.6 V
6、电源电压 VDDIO 1.2 V 至 3.6 V
7、I2C 和串行外设接口 （SPI）
8、平均电流消耗典型值（1Hz数据刷新率）：2.74μA（超低功耗模式）；睡眠模式下的平均电流消耗：0.1μA
9、封装规格 2.0 mm x 2.5 mm x 0.95 mm，8 引脚 LGA，全金属封装

BMP280硬件连接（掌控宝需要打开电源开关）
注意的是这块板子的额定电压是3.3v，且同时支持两种连接方式： I²C 和 SPI ，这里的连接方式是 I²C，模块接入掌控拓展板的P19(SCL)和P20(SDA)。

bme280环境传感器指令

bme280是一款集成温度、湿度、气压，三位一体的环境传感器,具有高精度，多功能，小尺寸等特点

温度检测范围：-40℃~+85℃，分辨率0.1℃，误差±0.5℃
湿度检测范围：0~100%RH，分辨率0.1%RH，误差±2%RH
压力检测范围：300~1100hPa
湿度测量响应时间：1s

bme280.temperature()

描述： 返回温度值,单位摄氏度

../_images/bme280.png
bme280.pressure()

描述： 返回大气压值,单位Pa

bme280.humidity()

描述： 返回环境湿度,单位%

#MicroPython动手做（34）——通用传感器的综合运用
#BMP280气压温度传感器

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#BMP280气压温度传感器

from mpython import *
import music
import time


music.play('D5:1')
rgb[1] = (int(0), int(102), int(0))
rgb.write()
time.sleep_ms(1)
while True:
    oled.fill(0)
    oled.DispChar("气压温度计", 0, 0, 1)
    oled.DispChar((''.join([str(x) for x in ["温度：", round(bme280.temperature(), 1), " 度"]])), 0, 15, 1)
    oled.DispChar((''.join([str(x) for x in ["湿度：", round(bme280.humidity(), 1), " %"]])), 0, 30, 1)
    oled.DispChar((''.join([str(x) for x in ["气压：", round(bme280.pressure(), 1), " 帕"]])), 0, 45, 1)
    oled.show()
    time.sleep(2)

出错信息如下：

Traceback (most recent call last):
File “main.py”, line 13, in
NameError: name ‘bme280’ isn’t defined
MicroPython v2.0.1-3-g312406c-dirty on 2020-01-16; mpython with ESP32
Type “help()” for more information.

好像是未定义bme280，在多个平台试了二天，未解决

mPython X 实验图形编程