【宝马760怎么测漏电保护】mBlock & Arduino教程

(1)哈哈！LED！

作为离开电气工程的逃兵，最近想做Arduno，心情很微妙。翻开一本Arduno书的时候，面对书的电子电路组成部分的时候，真的很熟悉也很陌生。(反正当年也认真准备了研究所考试，虽然后来没考上XD)。

为什么想玩阿斗伊诺？想了很久，可能是因为编程在路上积累了几年学习的信心，相反，Ardunio有很多电路模块，可以减轻入门时对电子电路理解的负担，最想尝试的是使用图形编程语言来控制Arduino。因为以前使用图形编程语言的经验总是给我带来一些差异。

就当做是一种挑战吧！重新探索我曾经离开的领域 … XD

我后来选择基于 Scratch 图型化程式语言，目前基于 Scratch 1.6 而建立的 S4A（Scratch for Arduino）是相对来说比较成熟的产品，如果想要基于 Scratch 2.0 的产品，则有 S2A，不过，几经考虑之后，我后来选择试试目前发展快速、基于 Scratch 2.0 而建立的 mBlock（之前命名为 ScratchBot）。

一样地，我想到哪玩到哪，然后留下一些记录，第一个要来玩的，就是点亮 Ardunio 板子上内建的 LED（Light-Emitting Diode）！

mBlock 与 Arduino 环境准备

首先，可以先到 Makeblock Academy （）下载 mBlock 与 Arduino 驱动程式，如果需要最新的版本，可以至 mBlock.cc 下载，两者略有不同，我的文件将先以 Makeblock Academy 下载的版本为开始。

在安装 mBlock 时需要 Adobe AIR，这是 Scratch 2.0 离线版需要的，请确定安装；接着安装 Arduino 驱动程式完成之后，使用 USB 线连接电脑与 Arduino，并在“装置管理员”中确认一下你的连接埠：

可以看到我使用的是 Arduino Uno，Uno 取自意大利文 Uno Punto Zero，也就是 1.0 的意思，用来代表 Arduino 开发软体进入到 1.0（发表于 2011 年 11 月 30 日），写这个文件时，最新的版子是 R3（Revision 3）。

目前 Makeblock Academy 下载回来的 mBlock，安装完后还是会显示 ScratchBot 的图示（而从 mBlock.cc 下载的版本，已经是显示为 mBlock 图示），按下图示启动之后，于选单“连接”中设定你的 Arduino 版子与连接埠：

第一次要先上传韧体到板子，按下“更新固件”开始上传：

闪烁 On-board LED

照理说，要先来个 Hello, World 之类的，不过 Arduino 上没有装置可以画面啊！一般都会接个 LED 让它闪烁来当第一个 Arduino 的操作体验，不过，这边我还没要介绍怎么拉电路，因此我要直接控制 Arduino Uno 板上子上标示为 L 的 LED 灯：

标示为 L 的 LED 灯有内建电阻，并且是吃 D13 这个脚位的输出，因此，只要设定 D13 脚位为 1，也就是高电位（5V），就可以让它亮起来，设定为 0，也就是低电位（0V）时，就可以让 LED 熄灭，你可以建立以下的程式：

想取得控制方块，只要看它的颜色，就可以知道它在哪个分类，例如上图中的方块，可以分别在“事件”、“控制”与“机器人模块”中找到，如程式所示，当你按图中左上方的旗子时，就可以看到标示为 L 的 LED 灯不停重复地，以一秒的间隔进行闪烁。

当然，这只是为了能快速体验一下如何使用 mBlock 来控制 Arduino，如果要开始衔接电路元件或模组，得了解更多 Arduino 板子上的输出入脚位，以及一些电子电路的知识。

顺便一提的是，上头的 Arduino 图是来自于 Fritzing（） 这个基于开源硬体精神（open-source hardware initiative）的电路设计软体，软体本身也是开源，可以在官方网站下载！

（2）点亮外接 LED
在〈mBlock & Arduino（1）哈啰！LED！〉中，我们让 Arduino Uno 板子上标示为 L 的 LED 闪烁，这是为了能立即体验一下如何控制 Arduino，接下来，我们要外接 LED，这就需要对 Arduino 板子以及相关电子电路元件有多一点的认识。

认识数位输出／输入脚位

Arduino Uno 的规格说明，可以在官方网站的 Arduino – ArduinoBoardUno （
）中找到，一下子完整认识板子上所有脚位没有意义，因此，我的文件将采用到哪个讲哪个的方式。

想要能点亮外接的 LED，可以使用数位输出／输入脚位 D0 到 D13，当作为输出时，这些脚位的直流电流最高可以是 40 mA，高电位相对于 GND 是 5V，低电位是 0V。

GND 是 Ground 的意思，一般中文常称为共地或接地，不过，“地”这个名称常引起误会，以为它真的是接到地面去了，在这边，Ground 的意思应该是“基准”，电路中有个共同的电位基准时，当我指电路中某点为 5V，就是指相对于共同的电位基准，也就是相对于 GND 的点是 5V。

在 Arduino Uno 板子上，D0 到 D13，以及 GND 接点的位置如下：

认识 LED

LED 的名称是发光二极体（Light-Emitting Diode），是一种半导体二极体，具有阳极和阴极两个端子，一个 LED 元件的两只接脚长度不同，长的接脚是接正极，短的接脚是接负极，也可以借由塑胶外壳上有平面的那边来识别负极所在：

至于半导体二极体的运作方式，最简单的说法是，当二极体被施以正向电压（也就是正极电位高于负极），且电位差达某个值，二极体能够导电（LED 的话会发出亮光），此时二极体正负极电位差几乎固定，称之为顺向偏压（Forward Bias），不同的二极体顺向偏压不同，需要查阅规格才能得知（LED 的话，可参考 LED 条目中的资料），当二极体被施以逆向电压，二极体不会导电。

理想上，希望二极体施于正向电压而导电时，能拥有无限小的电阻，而施以负向电压时拥有无限大的电阻而不导电，也就是希望电压电流曲线可以如下图：

实际上半导体二极体的电压电流曲线，可以参考维基百科 二极体 条目的这张图：

逆向电压实际上是还有极微小的电流，其中 Vbr 是崩溃电压，一般约数十伏特，超过的话二极体会崩溃而导致大量电流通过，无论如何，必须对流经二极体的电流做出限制，以免二极体因为电流过高而烧毁。

在衔接 LED 时，基本上会串接电阻以提供压降、限制电流，LED 一般需要的电流为 20 mA，若 Arduino 输出脚位为高电位 5V，假设 LED 的顺向偏压为 2V，那电阻压降则为 3V，根据欧姆定律 R = V / I，至少应提供 3V / 0.02A，也就是 150 Ω 的电阻，保守起见，常见使用的是串接 220 Ω 的电阻，如下图：

认识电阻色码

每个电阻器上环绕着一圈圈的颜色，大多是四环，也有五环甚至六环，环的颜色各对应至一个数字，可参考 四环电阻色码计算器 中的图片：

电阻连接时没有方向之分，环的读取就如上图，可用电阻上环分布较密的一端为左开始判读，以上图的四环电阻为例，绿对应至 5，蓝对应至 6，黄对应至 10K，这表示电阻值是 560 KΩ，一般都会直接背“黑、棕、红、澄、黄、绿、蓝、紫、灰、白”这个口诀，代表数值 0 到 9，第三个色码如果是黄就是 4，也就要有四个 0，就是 10K 的意思，第四条色码则是容忍值；如果是上图中下方的五环电阻，红、澄、紫、黑分别对应至 2、3、7 与 1Ω，电阻值就是 237 Ω。

懒得记的话，四环电阻色码计算器 中可以直接输入电阻上的色码，它会帮你计算出电阻值，要不然直接在网路上搜寻“电阻色码”，也会找到计算方式，或其他线上计算器。

认识面包板

谈到面包板，就想到以前学校做实验时的恶梦，没想到现在竟然要来介绍它！面包板基本上就是横向连通、直向连通、上下不通，例如：

同一个连通方向，表示每个孔间都是导通的，有的面包板没有上图中蓝与红的部份，如果有的话，通常蓝那列会拿来接 GND，红那列会拿来接电源正端。如果要将上面 LED 连接的概要图，使用面包板衔接的话，可以像是：

线路复杂时，红列接电源正端，蓝列接电源负端是比较方便的作法，当然，对于简单的线路，不一定要这么做。

Arduino Uno 外接 LED

照按以上的说明，如果想要在 Arduino Uno 上外接 LED，并利用 D3 脚位的输出来点亮 LED，可以如下：

程式的撰写与〈mBlock & Arduino（1）哈啰！LED！〉是相同的，你只要将其中的数位脚位 13 改为 3 就可以了。

（3）按钮控制猫咪

在〈mBlock & Arduino（2）点亮外接 LED〉中，看过了如何使用 Arduino 来控制输出脚位，并使用 LED 来得知输出脚位的状态，使用 LED 来检视脚位输出是经常之应用，看过了基本的脚位输出，接下来来看基本的脚位输入，这边要来透过按键开关来控制输入的信号。

认识按键开关

按键之类的开关有好几种，有两针脚、四针脚、六针脚等，两针脚很单纯，就是按下后两个针脚会接通，四针脚或六针脚的话，实际上要看说明，了解哪些脚位是连通，而哪些是由开关控制，以常见的四针脚开关来说，脚位突出的一边在按键按下前彼此不连通，而与对面脚位是连通的：

如果想实际测试按键开关的运作，可以使用 LED，例如设计以下的电路：

如果实际想接在面包板上测试，5V 电源的部份，可以使用 Arduino 上的 5V 脚位，如下所示：

在读取输入信号之前

在〈mBlock & Arduino（2）点亮外接 LED〉中谈过，脚位 D0 到 D13 可以当作数位输出与输入脚位，在这边，我们用其中一个脚位来试着读取按键开关是否按下，不过，并非单纯设计以下的电路就可以了：

这是因为此时输入脚位没有接受任何讯号或输入悬空时，会因为周遭环境的原因（电子杂讯等）而变为不确定的值，因此，在按键实际按下前，输入脚位可以借由一个下拉电阻（Pull-down resistor）连接到 GND，或者是使用一个上拉电阻（Pull-up resistor），将输入脚位保持在已知状态。例如说，若使用下拉电阻，可以如下设计电路：

就大多数的电路而言，可以选用 10K Ω 的电阻（原因与其他考量，可参考 How do I calculate the required value for a pull-up resistor? ）；上图的设计方式在按键按下时，输入脚位会得到一个高电位值，未按下则是低电位值。

使用上拉电阻的话，可以如下设计电路：

这样的设计方式下，在按键按下时，输入脚位会得到一个低电位值，未按下则是高电位值。

利用按键控制猫咪

你可以利用程式来侦测按键是否按下，通常会使用 LED 灯来作为程式的输出，像是即使使用上拉电阻方式，也是侦测到按键按下时，让 LED 灯点亮，否则 LED 保持在未点亮状态，不过，这边稍微变化一下，希望按键按下时，Scratch 的猫咪可以喵喵叫，这样比较有趣一些，你可以如下拉设电路：

我们打算读取 D7 的输入讯号，接着在 mBlock 中撰写程式如下：

接着试着执行看看程式，在按下按键时，猫咪会发出 meow 的声音，也会显示以下的图样：

附带一提的是，根据 Arduino – Digital Pins 中的说明，数位脚位都内建有上拉电阻，可以借由 pinMode() 为 INPUT_PULLUP 来打开，这样你在连接电路时，可以不用自行设置上拉电阻，不过，在 mBlock 中，并没有对应的控制方块可以使用的样子。

（4）PWM 模拟类比信号

在〈mBlock & Arduino（2）点亮外接 LED〉中谈过，Arduino 中的 D0 到 D13 可以做为数位输出／输入脚位，如果我们想输出类比讯号呢？例如，想要 2V、2.5V、3.5V 之类的的电压输出，而不是只有高电位的 5V 与低电位的 0V 选择。

在 Arduino 上的 A0 到 A5 脚位，似乎有 ANALOG 字样，不过仔细看是 ANALOG IN，也就是 A0 到 A5 脚位，是用来接收类比讯号之用，不是用来输出类比讯号。

如果想要在 Arduino 上输出类比讯号，也是用数位脚位来做，不过，数位脚位不是只有高电位与低电位吗？怎么做出类比讯号的效果？

认识 PWM

PWM 全名 Pulse Width Modulation，可译为脉冲宽度调变，所谓调变，基本上是指将想传送的讯号编码至一个载体（Carrier），举例来说，我们的 AM（Amplitude modulation） 广播，就广播站台将音乐（讯号）编码在指定的频率（也就是载体）之中。

PWM 是使用高、低电压时间周期来为讯号编码，以模拟类比讯号为例，基本原理是若在一个时间周期中，50% 的时间输出高电位 5V，而 50% 输出的时间输出低电位 0V，那么就整个时间周期来说，平均电压可视为 2.5V，类似地，如果 90% 的时间输出高电位 5V，那么就整个时间周期来说，平均电压可视为 4.5V，若 10% 的时间输出高电位 5V，那么就整个时间周期来说，平均电压可视为 0.5V。

输出高电位时间的百分比，称之为 Duty cycle，许多 Arduino 的介绍中若谈到 PWM，都会引用Arduino – PWM的这张图，以便了解 Duty cycle，以及analyWrite之意义：

稍后我们再来谈analogWrite。若想使用 PWM 模拟类比讯号输出，单只是知道 Duty cycle 还不够，如果你频率不够快，例如像〈mBlock & Arduino（2）点亮外接 LED〉一秒高电位、一秒低电位的，那么，你也只会看到 LED 一亮一暗的，也就是说，PWM 最基本的两个参数是 Duty cycle 与时脉周期（Clock cycle），后面会有个范例，使用 Arduino 的 PWM 脚位并调整 Duty cycle（时脉周期由 Arduino 控制），你的 LED 就可以由暗渐亮，就像调整可变电阻一样。

程式实作的 PWM

了解了 PWM 的基本原理，那么先来使用程式实作 PWM（Bit-banging PWM），在 mBlock 中，最基本的方式，是使用等待方块来实作 Duty cycle 与时脉周期，例如：

这样就实作出 Duty cycle 为 90%，而频率为 2 Hz 的 PWM，实际测量结果，电压约是在 4V 左右跳动，如果你将两个输出的 0、1 对调，那实际测量结果，电压约是在 1V 左右跳动，实际接上 LED 的话，因为频率不大，LED 还是一闪一闪，看不太出类比模拟的效果。

这是因为 mBlock 的等待方块可设定的等待值没办法太小（如果使用 Arduino 官方语言，可以使用delayMicroseconds这个可达微秒的函式），只能稍微模拟出这样的效果，实际上使用等待方块，还有无法多工的缺点，我们另外使用 mBlock 可至毫秒的计数器来实作一个，首先，我们先在“资料和指令”中“新增积木指令”：

这个积木指令主要是用来设置一些变数，而这些变数，会用来计算指定的脚位之输出：

dutyCycle在这边是使用百分比指定的，程式会依据dutyCycle的设定，决定指定的数位脚位何时高电位、何时低电位，从这两张图来看，频率被我设定为 20 Hz。

只要绿旗一被点下，这个模拟 PWM 的回圈就会一直进行，为了能看出亮度变化效果，我另外设置了一个回圈：

这个回圈就只是不断改变 Duty cycle，如果接下 LED，这时能看到 LED 会有亮度的差别。

当然，频率还不够快，因此还是会看出 LED 闪烁，不过大致可看出 Duty cycle 设置为不同的值，LED 亮度有所差别。

Arduino 的 PWM 脚位

在 Arduino 的数位脚位旁，如果标示有 ~ 符号，表示那个脚位可用为 PWM 输出脚位，分别是 D3、D5、D6、D9、D10、D11 脚位，可以使用analogWrite函式来设置 Duty cycle 的值，这个函式可用来控制 Arduino 板子上的硬体 PWM，可设置的值为 0 ~ 255，如方才所看到的 PMW 说明图片，0 为 0% 的 Duty cycle，64 为 25%，127 为 50%，依此类推，在 mBlock 中，则是使用“设置 PWM …”这个方块：

这个程式设置 D6 脚位使用 PWM 输出，你可以实际接上 LED，看看亮度的变化情况。

Arduino 板子上的 PWM，实际上有三个计时器，分别控制着两个 PWM 脚位，如果你想做更多的控制，像是不只能设置 0 ~ 255 的 Duty cycle，不过 mBlock 没有直接的指令可以控制，如果你有兴趣，可以使用 Arduino 的官方语言，并参考Secrets of Arduino PWM这篇文章。

（5）可变电阻、ADC 与节拍器

在〈mBlock & Arduino（4）利用 PWM 模拟类比讯号〉中，我们试着使用 PWM 来模拟类比讯号输出，其中谈到 Arduino 脚位 A0 到 A5，实际上是用来做为类比讯号输入，在这一个主题中，我们将使用这些脚位，并搭配可变电阻（Variable Resistor）来制作一个节拍器。

认识可变电阻

为了要能调整节拍器的速度，我们需要一个可调元件，在这边使用可变电阻，顾名思义，借着调整电阻器上的旋钮，就可以改变电阻值，可变电阻上会标示欧姆数，可分为 A（对数型）、B（线性型）与 C（反对数型），分别代表旋转角度与欧姆值的变化关系，以我手边的这颗可变电阻为例，标示为 A10K，表示为 A 型可变电阻，最高电阻值为 10 KΩ。

可以看到可变电阻有三个接脚，外侧两个接脚两边都可以分别接 GND 与电源，而中间的接脚与另两个接脚之间的电阻值，会因为旋转角度而不同：

视外侧接脚哪个衔接 GND 而哪个衔接电源，可变电阻顺时针与逆时针旋转时的电阻值会分别是增加或减少，一般我们操作旋钮的习惯是顺时针增大讯号（例如音量），逆时针减少，因此，如果是上头照片中的 A10K 可变电阻，左边接脚会接 GND，右边接脚会接电源，中间是讯号输出，这么一来，顺时针旋转时，中间接脚与电源间的电阻值会变小，因而电压输出会增加，逆时针旋转则电压会降低。

类比数位转换器

Arduino 内建类比数位转换器（Analog to Digital Converter, ADC），可使用脚位 A0 到 A5 来个 ADC 输入，可读取 0 到 5V 的电压输入，解析度为 10 个位元，也就是读取而得到的值是 0 到 1023。

如果要读取可变电阻的输出，可以如下衔接电路：

我们打算利用可变电阻改变电压，并利用 Arduino 的 ADC 脚位读取电压变化，转换为节拍 BPM（Beats per minute）。

撰写节拍器程式

在 mBlock 中，有个“弹奏鼓声…”的方块，其中“拍”的设定值，是指每几秒打一下鼓，例如，下面这个方块是指每 2 秒打一下鼓，同理类推，设定“拍”为 4 时，表示每 4 秒打一下鼓：

因此，如果你想要 BPM 为 120 时，“拍”的设定就是 60 / 120 = 0.5，也就是半秒打一下鼓，我们希望转动可变电阻时，BPM 可以从 40 到 208，因此设计了以下这个公式：

为了显示目前设定的 BPM，使用了 Scratch 中的猫咪来显示目前的 BPM，而为了无聊一点，让 Scratch 中的猫咪会随着节拍而放大、缩小，这样在视觉与听觉上，都可以有节拍感…XD

感谢CodeData用户：caterpillar的贡献 著作权归作者所有

整理：宁波家电物联网云平台，中科极动云

听说人走路的节奏是 112 BPM，要不要实际写个程式听听看呢？

（6）使用蜂鸣器来打节拍

在〈mBlock & Arduino（5）可变电阻、ADC 与节拍器〉中，我们利用 mBlock 中的“弹奏鼓声…”方块来发声，这样的话，你的 Arduino 就得一直连接着电脑，这个节拍器才能使用，如果要能够不连接电脑（之后会介绍），那么 Arduino 上就得有自己的发声器，像是蜂鸣器。

使用蜂鸣器

声音基本上来自振动，蜂鸣器基本上可分为压电式与电磁式。

压电式蜂鸣器使用压电材料，这类具有压电效应，简单来说，就是被施以压力时会产生电荷，将机械能转换为电能，这称之为“正压电效应”，如果对压电材料施以电场，材料会产生形变，将电能转换为机械能，这称之为“逆压电效应”，压电式蜂鸣器透过对压电材料外加电压的大小、频率等控制，来达到震动的效果，因而能产生声音。电磁式蜂鸣器则是利用电磁方式，透过通电与否将金属膜吸下或放开来达到振动的效果。

知道蜂鸣器的基本原理，就可以自己写个小程式来发声了，接脚有正负之分，你可以如下衔接电路（其实就只要连接正负极就可以了，够简单吧！）：

如上图连接的话，透过简单地让脚位 D7 在高低电位间切换，就可以听到蜂鸣器发出声音了：

“播放脚位…”方块

当然，因为受到“等待”方块的限制，这样实际上能发出的频率有限，在 mBlock 的机器人模块中，其实有个“播放脚位…”方块：

这个方块可以指定哪个数位脚位以指定频率、节拍数驱动蜂鸣器，相当于使用 Arduino 官方语言时，可呼叫的tone函式，只不过，在这边频率的设定，直接使用音阶名称 C2 到 D8 的下拉选单，省去你查询音阶对应的频率，如果你只要是播放几个音阶的话，使用这个是还蛮简单的，只不过，如果你想自行输入频率的话，就没办法了，想做个简单的电子琴或歌曲播放，也会麻烦许多，就像 mBlock 内建的“音乐演奏”范例就落落长：

你可以直接开启范例执行看看，听听看蜂鸣器的效果。真的要做比较有弹性的歌曲播放，或者是电子琴也不是不行，就是要对“播放脚位…”方块做点封装，有兴趣可以自己试试 … XD

（mBlock 2.1 之后，“播放脚位…”方块就可以使用下拉选单或自行指定数值了，这样就有弹性的多了。）

使用蜂鸣器来打节拍

使用“播放脚位…”方块来为〈mBlock & Arduino（5）可变电阻、ADC 与节拍器〉中的节拍器打节拍，程式上撰写倒是还蛮简单的，你可以先如下连接电路：

修改一下〈mBlock & Arduino（5）可变电阻、ADC 与节拍器〉的节拍器程式，如果将来打算可以让 Arduino 可以不连接电脑执行程式，与桌面环境中资源控制的方块要移除，像是控制猫咪的相关方块：

接着试着执行看看程式吧！看看效果如何！

（7）七段显示器之 HELLO！

在〈mBlock & Arduino（2）点亮外接 LED〉中，我们简介过 LED，依需求而定，你可以连接多个 LED 来达到显示目的，像是用多个 LED 制作跑马灯，或者是双色、三色 LED、四色 LED，甚至七段显示器等。

双色、三色、四色 LED

举例来说，双色 LED 可以自行连接线路如下：

如果左边是红色 LED，而右边是绿色 LED，那么上图的接法会是亮红灯，如果对调电源与 GND，那么就会亮绿灯，市面上有现成的、具有两个接脚的双色 LED，是直接将两个 LED 做在同一个塑胶套中，方便想用同一个灯来显示两种状态时使用。三色 LED 是类似的，将三个不同颜色的 LED 做在同一个同一个塑胶套中，通常是 RGB 三色，有多个针脚可用来控制显示的颜色，例如四个针脚的三色 LED：

不同厂商制作的 LED，可能会有不同的针脚配置，基本上确认一下规格就是了，四色 LED 也是类似，有点像是双色 LED 再行电路配置一下：

七段显示器

那么七段显示器呢？实际上就是将七个 LED 连接起来，以便显示数字或字元的元件，有的七段显示器会多一个显示小数点的 LED，生活中应该很常看到这类元件，像是电梯楼层显示、银行叫号机等都看得到。

从上图中可以看出，如何控制电压的方向来令七段显示器的不同 LED 显示，以便达到显示数字或字元，七段显示器通常有十个脚位，其中有两个脚位是连通（这是为了电路布线方便），且与 LED 的阳极或阴极是共用的，例如，上图中的脚位 3 与 8 与 LED 的阳极是共用的，称为共阳极（Common anode）七段显示器，为了让 LED 点亮，对应的 LED 阴极必须是低电位输出，如果你的电路输出讯号至七段显示器脚位是低电位，就使用共阳极。

若是共阴极（Common cathode）则相反，有两个脚位与 LED 脚位的阴极是共用的，例如：

因此，为了让 LED 点亮，对应的 LED 阳极必须是高电位输出，如果你的电路输出讯号至七段显示器脚位是高电位，就使用共阴极。

（有些电路模组会有共阳、共阴两种选择，由于共阳极脚位可以接能供应较大电流的电源，可以不用受限于 Arduino 最大电流 40 mA 的限制，若驱动之元件需要较大电流时可以采用。）

常见的七段显示器通常会有十个脚位，分为两排各五个脚位，两排中间的脚位通常就是共阳或共阴脚位，例如前面的图中，可以看出右排中间脚位与左排中间脚位被细线图示为连通，实际的脚位，还是要查看规格说明，或者是实际使用电位计或电池进行测试。

当然，单一个七段显示器会占用许多输出脚位，如果要多位数使用时，输出脚位将会不够使用，这时可以使用扫描的方式，一次显示一个七段显示器，速度很快下，看来就会像是同时显示，这之后有机会再来看，这边先看看如何控制单一个七段显示器。

用七段显示器说 HELLO

了解了七段显示器的运作，接下来我们来用程式控制 Arduino，令其连接的七段显示器可以显示 HELLO 字样，以下的电路图是依 Fritzing 中的七段显示器图样，并采用共阴极方式来连接，你可以视实际手边的七段显示器来调整：

接下来就是写程式控制了，基本上，只要令对应的脚位为高脚位就可以了，不过，使用程式逐行设置脚位的话，是很没有效率的事，若能将脚位对应设置为清单（阵列），然后用跑回圈的方式，程式会比较简短而有弹性一些，例如配合上图，H、E、L、O 的清单可以是：

这样的话，若要显示 H，可以如下跑回圈：

不过，问题在于，mBlock 中自定义的方块，无法传递清单，这表示，你得复制上头的自订方块，然后改为跑 E 清单，再复制上头的自订方块，然后改为跑 o 清单 …. XD

这样看起来很蠢，因为多一个字元或数字要显示，就得复制一次，怎么办呢？不能传清单的话，那改传字串好了，我们定义出 H、E、L、O 需要的字串：

在这边用 H 表示高电压，L 表示低电压，这么一来，你就可以只用一个“设置七段显示器”自订方块，来显示想要的字样：

如果想要更多的数字或字元显示，那么只要多定义一个字串就可以了，比逐行设定脚位要来得方便多了。

（8）光敏电阻、亮度感应器与光线追踪器

光敏电阻（Photo-sensitive resistor）的电阻值与光线有关，照射于感光面的光线亮度增加时，电阻值会变小，亮度减少时电阻值会加大，其原理是光线照射于半导体，原本稳定的电子受到激发而成为自由电子，常见的材料为硫化镉（Cds）或硒化镉（CdSe），因而常用 Cds 代表光敏电阻。

亮度感应器

由于光敏电阻会因为光照而使得电阻发生改变，若对光敏电阻施以电压，两端的电压就会因为光照发生的电阻值改变，使得压降也跟着变化，我们可以利用这个特性来制作亮度感应器，

如上图的电路设计，输出脚位的电压值会是5 * R2/(R1 + R2)，一般光敏电阻的电阻变化，大概是在 10M Ω（黑暗）到 1K Ω（置于阳光下）左右（如果直接以强光接近照射，电阻值还会更低一些），如果要精确地量测照度与电阻的关系，可以用专用照度计来量得照度与电阻之间的关系。

在这边就简单一点，我在目前室内合适的亮度下，量得的光敏电阻值约为 3K Ω 上下，按照上图的话，输出脚位的电压值会是在 3.8 V 左右，接到 Ardunio 的类比输入脚位，应当可以量得 800 左右的数值，你可以如下设计电路：

只要设计一个简单的小程式，就是阳春的照度计了 … XD

当然，这边的照度值不是公定的照度单位，只是从类比输入脚位量得的值，仅供亮度的相对参考，试着增强或遮挡至光敏电阻的光线，你就会看到数值会有不同的变化：

如果亮度感应器的敏感度设计的好一些，搭配自走车，就可以做个简单的循迹车了。

简易光线追踪器

如果会实作简单的亮度感应器，那么就可以用多个亮度感应器，来实作简单的光线追踪了，例如，可使用两个亮度感应器，侦测左右两边的亮度差异，如果两边亮度差异在一定范围内，例如 50 以内，两边 LED 就同时亮，表示亮度差不多，若左边比右边的亮度高 50 以上，就亮左边，反之就是亮右边的 LED，你可以如下设计电路：

程式的撰写则可以如下：

因为我手边仅有的两个光敏电阻规格不同，同样的光源下，测出来的值不太一样，左边那颗比右边那颗约少了 150 左右，因此，在程式中我做了些修正 … XD

（9）伺服马达（舵机）控制

伺服马达（Servo motor）英文常简称 Servo，中文也有人称伺服机，由控制电路、齿轮、直流马达等组成，可使用〈mBlock & Arduino（4）利用 PWM 模拟类比讯号〉中谈过的 PWM 技术来控制马达转动角度，像Plotclock就应用了三个伺服马达，以手臂在白板上绘制出目前的时间。

伺服马达控制原理

伺服马达的基本原理是接受 PWM 讯号，经由内部电路计算出马达的转动角度，根据我查到的资料来看，大多数伺服马达旋转角度是 0 到 180 度，PWM 讯号的频率必须是 50 Hz，控制马达角度的脉冲持续时间约是 1.0 ms 到 2.0 ms，脉冲持续时间若为 1.0 ms 时角度为 0 度，1.2 ms 时角度为 45 度，1.5 ms 时角度为 90 度，2.0 ms 时角度为 180 度。

Plotclock 用的是Tower Pro 9g servos（SG90 digital servo），为三线式伺服马达，红线接电源，棕色的线接 GND，橘色线为讯号线：

在 Fritzing 中，是以红色线接电源，黑色线接地，黄色为讯号线作代表，你可以如下连接线路：

如果直接使用 Arduino 官方语言，可以使用delayMicroseconds函式来控制脉冲宽度，不过 mBlock 中只有“等待”方块，没办法达到这么短的时间控制，然而，mBlock 中有个“设置伺服马达脚位…”的方块，可以直接指定马达转动角度，例如，以下的程式，可以一秒为间隔，不断转动马达为 0、45、90、135 与 180 度：

虽然使用了 PWM 讯号来控制马达转动，不过，这不表示要使用 Arduino 的 PWM 脚位，只不过根据Servo library的说明，除了 Arduino Mega 之外，如果使用了 Arduino 的 Servo 程式库，D9 与 D10 脚位的 PWM 功能就会被停用，因此，通常会把伺服马达的讯号线接在 D9 或 D10 脚位，实际测试 mBlock 的“设置伺服马达脚位…”方块时，也是如此。

有指针的亮度感应器

在〈mBlock & Arduino（8）光敏电阻、亮度感应器与光线追踪器〉中，我们使用光敏电阻制作了简单的亮度感应器，你可以加上伺服马达，配合 SG90 的手臂，作个有指针的亮度感应器，你可以如下拉设电路：

实际测试我手中的光敏电阻，完全盖住它的话，类比输入脚位约可量得 400 左右的值，以手电筒直接照射下，约为 1000 出头的值，因此暂且定义全暗为 400，全亮为 1000，这个范围要转动马达 0 到 180 度，因此，每个类比输入量得的值减去 400，再乘上 0.3，就是打算转动的角度：

因为我们读取指针的习惯，多半是顺时针方向是越来越大，这正好与伺服马达的角度计算方向相反，所以使用 180 减去算出来的角度，就可以改为顺时针指示亮度大小。

（10）mBlock 2.1.4 与 Arduino IDE

到目前为止，可以看到有些 Arduino 的函式，由于受到 mBlock 提供的积木功能而无法直接使用，照理来说，因为 mBlock 是基于 Scratch，应可以撰写Scratch Extensions，而按照Scratchbot新功能介绍的说明，可以透过 mBlock 中 ext 中 s2e 等档案的载入来自行扩充积木，不过，要修改的不是 mBlock 安装目录下的东西，而是 C:Users使用者DocumentsmBlocklibraries 下的档案，这点要注意！

升级至 mBlock 2.1.4

在 mBlock 2.1.4 中，可以使用“编辑／Arduino mode”，这可以看到积木程式转换为 Arduino 官方语言后的写法：

当检视画面转换为 Arduino mode 时，Arduino 不支援的指令，对应的 Scratch 积木方块就不能使用，因此，“事件”中的“当绿旗被点一下”的积木，要改成“Arduino 主程式”积木，而上图是〈mBlock & Arduino（8）光敏电阻、亮度感应器与光线追踪器〉中的程式，在 Arduino mode 中转换的结果。

这对于写程式不怎么熟的人来说还不错，大部份的时间还是可以使用积木来搭建程式，并看看 Arduino 的对应程式码，逐渐熟悉官方语言的写法，就算不想使用官方语言，也可以在积木程式搭建好之后，按下“用 Arduino IDE 编辑”，作些小修改，照样可以完成想要的功能，这样应该比写扩充来得简单一些 … XD

只是，这样就不能使用 Arduino 与 Scratch 直接互动，不过，程式写好了，就可以直接上传至 Arduino，不需要使用 USB 连接电脑了，只要透过 USB 或者是 2.1 mm 的 power jack 来外接电源，就可以执行了。

用 Arduino IDE 编辑

如果想要在 mBlock 的 Arduino mode 中，按下“用 Arduino IDE 编辑”来修改程式，必须下载、安装Arduino IDE，安装好之后，可以在“工具／板子”中设定你的 Arduino 板子，在“工具／序列埠”中设定连接埠：

在上传至 Arduino 之前，要先取消 mBlock 中的连接埠指定，这样才不会造成这两个软体要同时存取连接埠的冲突，接着执行“档案／上传”，就可以将程式上传至 Arduino 了！

如果你的程式码不需要经由 Arduino IDE 修改，也可以直接在 Arduino mode 下，按下“上传至 Arduino”按钮，这会将程式码编译并直接上传至 Arduino。

如果自行上传程式至 Arduino 了，无论是使用 Arduino IDE 上传，或者是在 mBlock 中按下“上传至 Arduino”按钮，想要再度使用 mBlock 控制 Arduino 的话，得记得重新上传 mBlock 的韧体（也就是在指定连接埠之后，再执行一次“串口连接／更新固件”）。

使用 PWM 控制伺服马达

在〈mBlock & Arduino（9）伺服马达控制〉中我们谈过，可使用 PWM 来控制伺服马达转动角度，不过，这要使用到delayMicroseconds函式，而 mBlock 中没有对应的方块，不过，你可以先设计以下的程式：

如果“等待”方块可以支援到如图设定的秒数，在切换至 Arduino mode 之后，直接按下“上传至 Arduino”按钮，伺服马达应该会转动 90 度，不过，等待方块对应的是delay函式，显然没办法支援到这么小的秒数设定，以我实际的测试为例，马达会转动，不过没有转动到 90 度左右。

这时可以按下“使用 Arduino IDE”编辑，找出delay(1000 * 0.0015)，将之修改为delayMicroseconds(1500)，之后执行“档案／上传”，在程式完成上传后，你的马达应该就可以转动 90 度左右了！

升级 mBlock 2.1.4 后的小问题

附带一提的是，mBlock 2.1.4 的“设置伺服马达脚位…”的角度指定，改成了下拉选单的方式：

这样的设计下，还是可以自行指定角度，不过，之前版本是只有自行指定角度而没有下拉选单，也因此，如果你开启之前 mBlock 版本下写的程式，而其中用到了“设置伺服马达脚位…”的话，新版的 mBlock 就不认得了：

这时记得修正为新的积木方块就是了 … XD

（11）认识红外线接收与发射

我们平常接触红外线的应用，像是电视机、冷气机的遥控器就是个红外线发射器，而电视机、冷气机上则有红外线接收器。

红外线接收器与发射器

人类可见光约为 390 到 700 nm（奈米），其中可见的红光波长约为 620 至 750 nm 左右，而波长超过 760 nm 的光，人类无法感知，称为红外光，一般我们还会听到有近红外光、远红外光等分类，这在不同领域中有不同的分类。

电视机、冷气机等一般常使用 940 nm 波长的红外光，以避免太阳光、室内光源等发出的红外光干扰，其他还有 850 nm、860 nm 等其他波长，最好能让接收器与发射器规格一致，以免造成误判。

上图左侧是红外线接收器，我手边这只三个接脚由左至右分别是讯号、GND 与电源，有的接收器 GND 与电源线会相反，使用时要确认一下。

由于生活周遭物品也会不定时地散发红外光，红外线接收器设计为只对特定频率有反应，常见使用的是 38k Hz；红外线发射器就是个 LED，可发出特定波长的红外线，在 Arduino，可以使用tone函式（是之前谈蜂呜器时有提过）指定以特定频率（像是 38k Hz）发射红外线。

使用 mBlock 测试红外线接收器

如果想要简单地体验、测试一下红外线接收器，可以如下衔接电路：

如果使用 mBlock 2.1 的话，可以如下撰写程式：

如上图撰写程式的话，在还没按上遥控器时，从红外线接收器多半就会收到一堆 1 的讯号，遥控器实际上是有特定编码地发射红外线讯号，你可以在运行程式之后，拿起家里的电视遥控器对着接收器发射，在接收器收到 0 的讯号时，猫咪会以“收到遥控器讯号”的提示文字表示。

使用 IRremote 测试红外线接收器

如果想要用红外线接收器解码遥控器的红外线指令，可以使用IRremote程式库搭配 Arduino IDE 来快速地体验一下，可以到 IRremote 的 Github 按下“Download ZIP”，会下载一个
Arduino-IRremo 档案，解开后将其中目录更名为 Arduino-IRremote，并将整个目录置于 Arduino IDE 安装目录的 libraries 之中：

接着开启 Arduino IDE，就可以在“档案／范例”中，看到 IRremote 相关范例：

如果想测试一下电视遥控器的指令解码，可以开启“IRrecvDemo”范例，电路如先前看到的图衔接就可以了，这个范例程式会从 D11 接收红外线讯号并解码，直接将程式上传至 Arduino，并执行“工具／序列埠监控视窗”，然后按下电视遥控器的电源键，你应该可以看到对应的解码讯息出现：

使用 IRremote 测试红外线发射器

如果使用 mBlock 2.1，那么“播放脚位…”这方块，可以直接指定频率，驱动红外线发射器发出红外线：

若要能发出如遥控器的各种指令红外光，这在 mBlock 中自行以积木建构会是个大工程，在之前的 IRremote 范例中，可以看到“IRsendDemo”范例，可以使用这个范例来测试红外线发射：

按照注解来看，这个范例可以发出 Sony 电视机的电源红外线指令，至于那个Serial.read的if判断，是要看看有无从“序列埠监控视窗”收到输入，也就是你可在先前看到的“序列埠监控视窗”中输入文字然后按下“传送”，这样if条件就会成立，然后按照程式流程发出电源红外线指令，如果不想这么麻烦，就将if的部份注解掉，这样就会不断地发出电源红外线指令了。

电路的部份，只需要如下衔接就可以了，要注意的是，由于 IRremote 的限制，你只能用 D3 脚位来送出讯号：

如果需要测试一下是不是正确地发出红外线指令，你需要另一块 Arduino 板子，如先前在测试接收器的电路的方式衔接，然后上传“IRrecvDemo”范例，那么在“序列埠监控视窗”中，你就可以看到以下的解码讯息：

（12）使用超音波感应器测量距离

超音波感应器蛮常出现在电子机器人的产品上，通常是用来测量距离，超音波感应器各有一个发射及接收超音波的零件，活像两颗大大的眼睛，在制作机器人时，就经常成为造型之一 … XD

认识超音波感应器

如上图看到的，我手边这颗超音波感应器为HC-SR04，左边被标示为 T 的那颗是发射器（Transmitter），会发出 40 kHz 的声波，这个声波超出人类可感知的 20 kHz 上限，因此才称之为超音波，右边那颗被标示为 R 的是接收器（Receiver），可接收超音波。

HC-SR04 脚位从左至右分别为 Vcc、Trig、Echo 与 GND，Vcc 与 GND 就是接 5V 电源及 GND 了，Trig 为输入脚位，Echo 为输出脚位，超音波的发射与接收，就是靠 Trig 与 Echo 这两个脚位，如果你送出 10 微秒的 5V 高电位讯号给 Trig，就会触发超音波的发射，接着 Echo 脚位就会处于 5V 高电位状态，如果接收到反射的超音波讯号，那么 Echo 脚位就会处于 0V 低电位状态：

因此，在超音波发射之后，Echo 的高电位持续时间，就可以搭配音波速度每秒 343.2 公尺，也就是每公分要花费 29.1 微秒左右，计算出超音波感应器与障碍物之间的距离，记得音波往返是走了两倍距离，因此 Echo 的高电位持续时间要除以 2，再用来除以 29.1 微秒，才是与障碍物之间的距离。

如果使用 Arduino 官方语言的话，可以如下撰写程式，以取得超音波感应器与障碍物之间的距离：

pulseIn函式可以计算指定脚位的高电位或低电位持续时间，单位是微秒。

使用 mBlock 超音波感应器方块

嗯？delayMicroseconds与pulseIn在 mBlock 中并没有对应的方块，因此，没什么好继续介绍的了？

实际上，在 mBlock 2.1 中，机器人模块中的 Makeblock 区块里有个“超音波感应器”方块，这原是搭配 Makeblock 超音波感应器模组而使用，这个超音波感应器模组使用 RJ11 接头，而 Makeblock 在 Arduino 板子上设置了八个 RJ11 连接埠，你可以在Me-Baseboard看到相关图片说明。

在说明中，可以看到 Ports on Baseboard Orion to pins on Arduino UNO 这张图，假设我想将超音波感应器连接在 3 号连接埠，它对应的脚位是 D12 与 D13，而在The Upgrade of Me Series Electronic Modules的说明中可以看到，Makeblock 的超音波感应器模组，似乎只是将 Vcc、Trig、Echo 与 GND，直接对应至 RJ11 的相关接点，因此，就来试试看用这个方块吧！

搭配上面這個程式，試著使用以下的電路連接，Trig 連接 D12，Echo 連接 D13：

接著執行程式，你就可以看到貓咪跟你報告距離了 … XD

如果你試著使用 mBlock 超音波感應器方塊，然後轉為 Arduino mode 檢視 Arduino 原始碼，可以發現，它實際上是 MeUltrasonic 程式庫，這可以在 mBlock 安裝目錄的
ext/libraries/makeblock/src 中找到對應的原始碼，其中控制超音波感應器的程式碼，主要是在measure函式：

MePort的dWrite2中，基本上就是在对应脚位作digitalWrite的动作（依 makeblock 的埠决定哪个脚位）：

依这个写法模式，似乎很像是 HC-SR04，不过，依上面的程式码来看，它都只用到s2，也就是脚位13，为什么呢？因为 Makeblock 最新的超音波感应器 V3.0，可以自行使用杜邦线接线的脚位只有三个,三个脚位中，有两个分别是接电源与 GND，一个是信号接脚，这意谓着，Trig 与 Echo 必须使用同一个脚位，这也就是为什么，在measure的程式码中，看到的都只有使用s2脚位。

可是 HC-SR04 是四个脚位，Trig 是其中独立的一个脚位，怎么能适用“超音波感应器”方块呢？自行触发 Trig 啰！只是直接使用“设置数位脚位”方块的速度不够快，因此，我想到的是，使用“播放脚位”方块，这可以控制脚位电压高低的频率，建立起类似以下的效果：

简单来说，最后我就只是利用了“超音波感应器”方块底层的pulseIn来取得回波时间而已，这个方法下测出来的距离数值会跳动，不过大致上勉强可用啦！

（这个方法比较适用于 mBlock 2.1.4，在 mBlock 2.1.5 中，韧体上似乎做了些修改，虽然还是可以用相同方法，不过，跳动的范围会变大许多。）

超音波搭配七段显示器

那么，就也来回顾一下〈mBlock & Arduino（7）七段显示器之 HELLO！〉，试着将超音波感应器量得的距离，使用七段显示器来回报吧！

因为只有一颗七段显示器，超过 8 公分就一律显示为 0 了 … XD

清单 numbers 使用字串编码 0 到 8 的数字：

（13）使用摇杆控制

摇杆这东西，经常可见到它的应用，电玩设备就不用说了，我前阵子刚挂掉的行车记录器，上头也有个小摇杆，主要用来上下左右操控选单，以及按下摇杆确认选项 … XD

认识类比摇杆

不同厂商制作的类比摇杆，脚位与标示上可能会有所不同，不过基本上会有五个脚位，分别为电源、GND、X 轴、Y 轴、开关，以我手中的 Keyes_Sjoys 来说：

从左至右的接脚顺序与标示分别是 GND、+5V、VRx、VRy、SW，SW 就是开关输出的意思，在接好 +5V 与 GND，而摇杆不按下的情况下，Keyes_Sjoys 的 SW 会有电压输出，按下摇杆的话，SW 会是 0V。

至于 VRx 与 VRy 输出，是以类别电压输出来表示目前摇杆的方向状态，在未操作摇杆的情况下，VRx 与 VRy 大致是在 2.5V，如果在 X 方向移动，VRx 会有 0 到 5V 变化，如果在 Y 方向移动，VRy 也是有 0 到 5V 变化。

因此，可以将 VRx 与 VRy 接到 Arduino 的类别脚位，依摇杆操作的方向，我实际量得 Arduino 的类比输入值变化为：

使用摇杆控制猫咪

在 Fritzing 中有个通用的摇杆元件，接脚顺序与标示则分别是 VCC、VERT、HORZ、SEL、GND，SEL 就是选择，其实也就是开关的意思：

因此，如果要使用摇杆控制猫咪，可以如下衔接电路，VCC、VERT、HORZ、SEL、GND，SEL 等脚位，就对应至你实际使用的摇杆模组脚位即可：

我要使用摇杆来控制猫咪的上、下、左、右移动，而按下摇杆，猫咪会发出“喵”一声，为了符合操作习惯，以向右为 X 正方向，而向上为 Y 正方向，因此，我用 488 减去 Arduino 从 Keyes_Sjoys 的 VRy 量得的值：

你也可以挑战使用摇杆来控制 3D 立方体旋转喔！

这是自己用“画笔”绘制的，一点点电脑图学的应用，最主要的是，知道 x-y-z 三维座标中某个点，如何绕轴旋转，这部份可参考〈三维直角座标之绕轴旋转〉。

然后，正立方体以 (0, 0, 0) 为中心，订出八个顶点，这部份可参考〈顶点索引阵列〉，只要看第一张图就可以了，我没有用顶点索引阵列，因为在 Scratch（mBlock） 中没办法，因为它的程式元素太少，难以实作顶点索引阵列，因此，我简化了绘图，用最简单（但重复）的方法，直接跑一维清单而已 … 就只是程式码重复了四次，理论上是要跑六个面，不过，跑四个面，每个边就都至少画过一次了 … XD

有兴趣研究一下电脑图学的，可以参考一下我的〈电脑图学入门〉文件。

（14）使用人体动作感应器

被动式红外线感应器（Passive Infrared Sensor, PIR）也经常被称为 PIR 动作感应器（PIR Motion Sensor），是一种可侦测红外线的感测器，生活中许多物品都会发出红外线，而 PIR 主要是侦测人体发出的红外线变化，来判断是否有人体移动发生。

相对于被动式红外线感应器的是主动式红外线感应器，像是洗手台的感应式水龙头，就装有主动式红外线感应器，感应器会主动发射红外线，如果有物体接近遮挡，红外线会反射，依此判断是否要供水。

认识 PIR 模组

PIR 模组外观上可以看到一个白色半球体透镜，你可以打开它，里头可看到 PIR 主要用来感测微量讯号的热电感应器（Pyroelectricity Sensor）：

上图中，你可以看到热电感应器下方有两个可焊接的脚位（在 VCC 脚位上方），两个脚位间的电阻值必须够大，PIR 才会作动，你可以接上光敏电阻，当光线越暗，光敏电阻的电阻值就会越大，因此可让 PIR 在黑暗的环境中才作动。

在 PIR 的底部，可以看到 VCC、OUT 与 GND 三个脚位：

我手边的这个 PIR 模组为 DSN-FIR800，感测到红外线变化时，OUT 会输出 3.3V 的电压，并持续一段延迟时间后，再回到 0V 电压。

延迟时间可以透过下图 Tx 可变电阻（使用一字或十字起子）来调整，下图中 Sx 可变电阻，则可用来调整敏感度，对可变电阻顺时针转动 Tx，延迟时间加长（零点几秒到几十分钟），顺时针转动 Sx，可感应的距离增加（约 3 公尺到 7 公尺）。

DSN-FIR800 预设是可重复触发（在上图中左下标示为 H 与 L 的地方调整，连接中间与 H 表示可重复触发），也就是当感测到红外线变化而 OUT 输出 3.3V 电压，在延迟时间内若持续感测到红外线变化，那么就会持续保持 3.3V 电压，直到不再感测到红外线变化后一段延迟时间，才将电压降为 0V，这通常用于判断，人体是否有持续动作（或太久没动静）的场合。

有些厂商制作的模组，可以使用 Jumper 在可重复与不可重复触发之间做调整，会比较方便，不可重复触发，是当感测到红外线变化而 OUT 输出 3.3V 电压，无论延迟时间内有无感测到红外线变化，时间一到就会先降为 0V 电压。

连接 PIR 后，需要有一段几十秒的暖机时间，在这段时间内红外线变化的输出会是不稳定的状态。

感应人体动作来点亮 LED

如果想使用 mBlock 与 Arduino 来取得 PIR 的感应资料，并点亮 LED，可以如下连接电路，其中红线要实际上对应至你的感应器 VCC 脚位，黑线对应至 GND 脚位：

程式很简单，就是根据 OUT 脚位的电位，决定要不要让 LED 点亮：

程式执行后，用手试着在 PIR 前晃动一下，就会看到 LED 点亮，实际上，你可能是在感应到人体移动之后，作些额外的程式动作，而不单只是点亮 LED，因为如果单纯只是要点亮 LED（或者是搭配继电器点亮灯炮），并不需要程式，只要如下连接电路也可以：

如果你手边有光敏电阻，想要测试一下黑暗环境才使得 PIR 作动，那可以如下作暂时性的连接：

这么一来，只有在拿布盖住光敏电阻的情况下，PIR 才会作动，此时用手试着在 PIR 前晃动，LED 才会点亮。

（15）认识晶体管与继电器

Arduino 的 I/O 脚位可供给的电压、电流有限，只能用于 LED 这类小元件，对于需要更高电压或电流的设备，像是直流马达、大型电器等就没办法负担，对于小型直流马达等元件，可以使用晶体管（Transistor）来供给较大量的电流，对于大型电器，可以透过继电器（Relay）来控制。

认识晶体管

实际上，提到晶体管时，多半是指双极型晶体管（Bipolar junction transistor, BJT），依组合的半导体材料，可以分为 NPN 与 PNP 两大类，以 NPN 晶体管为例，是由 N 型半导体与 P 型半导体组合而成：

晶体管有两接面、三个端点，端点分别为集极（Collector）、基极（Base）与射极（Emitter），NPN 晶体管的基本特性是，射极电流 Ie 为基极电流 Ib 与集极电流 Ic 之和，而增益 α = Ic / Ie，β = Ic / Ib，Ib 通常远小于 Ic。

当三个端点施加之偏压不同时，晶体管会处于不同状态：

B-E 为顺向偏压，且 B-C 为顺向偏压时，此时晶体管状态处于饱和区（Saturation region），此时 C 与 E 可视为短路，依电路实际连接情况，Ic 会处于一个饱和电流值。

B-E 为逆向偏压，且 B-C 为逆向偏压时，此时电晶体状态处于截止区（Cutoff region），此时 C 与 E 可视为开路，不过，实际上还是会有少量电流通过，这个现象称为“漏电”（Leakage）。

B-E 为顺向偏压，且 B-C 为逆向偏压时，此时晶体管状态处于动作区（Active region），此时可用于信号放大。

各区实际的偏压，以及 α、β 等值，需要查询晶体管的规格书而定，如果想将晶体管作为开关使用，基本电路之一如下：

如果 Vi 处于高电位状态，那么流经基极的电流 Ib 就是 (Vi – Vbe) / Rb，而流经集极的电流就是 Ic = β * Ib，因此，可以用 Rb 来控制流经 Rl 的电流。

举个例子来说，以下的电路连接，可以让我手边的 2N3904 电晶体驱动一个直流小马达（不过会很烫，不要通电太久…XD）：

你可以透过一个小程式来测试一下：

执行程式的话，你就会看到直流马达每转动一秒就停一秒，如果你直接将直流马达一端接到脚位 D8，一端接 GND，在脚位为高电位时，会因为电流不足，无法驱动直流小马达。

如果想驱动 9V 或 12V 以上的马达，可以如下：

由于马达是电力产生磁力，而磁力与马达内部磁铁作用而产生转动，为了避免马达停止供电瞬间而产生的反动电压，会加上一个二极体加以保护。

（如果想运用晶体管提供更大的电流来驱动马达，可以使用两个或多个晶体管的组合，像是达灵顿晶体管；有些 Arduino 相容板，像是Motoduino，本身就内建了可驱动马达的电路，想做马达驱动相关产品时很方便。）

认识继电器

如果要控制电力需求更大的电器，那么可以使用继电器，若是常见的电磁式继电器，其运作原理可使用下图来表示：

当脚位 D8 送出高电位时，晶体管会导通而使得线圈通过电流，因而产生磁力将开关吸合，因而导通电路，脚位 D8 送出低电位时，电流停止通过线圈，磁力消失而开关回到原位，为了避免反动电压，会加上一个二极体保护。

市面上有一些继电器模组，本身已经将相关电阻、二极体与晶体管兜好，例如我手边这颗 Keyes_SRly，还有 LED 显示继电器是否作动：

如果你买的继电器，只是上头蓝色的元件，那么就必须如先前介绍，自行将相关电阻、二极体与晶体管兜好，如果是继电器模组，就只可以直接使用。

首先要注意的是继电器本身的规格，例如上头 SRD-05VDC-SL-C 这个继电器，适用于 10A 的 250V 与 125V 交流电源，以及 10A 的 30V 与 28V 直流电源。

继电器模组上有三个接点，中间那个是共用接点（COMMON），相当于先前概要图中的第 2 个接点，NO 表示常开（Normal Open），也就是平时与共用接点保持开路，相当于先前概要图中第 3 个接点，NC 表示常关（Normal Close），表示平时与共用接点处于接通状态。

继电器的接脚有三个，也就是会有 Vcc、GND 以及开关三个接脚，为了安全起见，这边还是使用继电器控制直流小马达来试试看：

同样只要使用上头撰写的小程式，测试看看直流小马达是否如预期般运作（你还可以听见继电器吸合时滴答滴答的声音）。

（17）四位数七段显示器

在〈mBlock & Arduino（7）七段显示器之 HELLO！〉中谈过七段显示器的原理与运用，如果你需要多个位数，基本上可以自行连接多个七段显示器，只是七段显示器需要的脚位很多啊？Arduino 脚位不够用怎么办？

两位数七段显示器

如果想要自行接线，设计出两位数七段显示器，若使用共阴极七段显示器，可以如下设置电路：

这样的电路，可以使用 10 个脚位，来控制两个七段显示器，其中 D3 到 D10，可分别控制七段显示器上的 LED，而 D13 与 D12，可控制左边与右边的七段显示器哪个要显示，如果 D13 为高电位而 D12 为低电位，那么右边的七段显示器会依 D3 到 D10 哪些脚位为高电位而显示，如果 D13 为低电位而 D12 为高电位，那么左边的七段显示器会依 D3 到 D10 哪些脚位为高电位而显示。

这样不是一次只能显示一个七段显示器吗？没错！不过，只要 D13 与 D12 切换速度够快，那么就会像是同时点亮两个七段显示器！类似地，你可以衔接三位数、四位数等七段显示器！

四位数七段显示器

如果不想要自行接线路，那么市面上有已经衔接好的二合一、四合一等各种位数的七段显示器，以四合一的七段显示器为例，由于每个七段显示器会需要 8 个脚位控制其上的 LED，再加上各 4 个共阴或共阳脚位，因此基本上会有 12 个脚位，当然，如果还要附带有“:”控制等脚位的话，就会有 12 个脚位以上。

我手边这个四位数七段显示器，就是基本的 12 脚位：

依上图来看的话，下方有六个脚位，上方有六个脚位，最左下方的脚位编号是 1，依逆时针依序编号至 6，然后右上方是 7，依逆时针编号至左上方的 12：

当然，最重要的，是知道这些脚位，分别是控制哪个 LED，以及哪些脚位控制哪个七段显示器，这在上图是使用 0 到 3 以及 A 到 H（DP） 表示，0 表示最右边的七段显示器， 3 表示最左边的七段显示器，例如，当 3 为低电位而 0、1、2 为高电位时，那么是控制最左边的七段显示器，至于 A 到 H（DP），如下图表示：

因此，如果想要运用这个四位数七段显示器，可以如下衔接电路：

使用 mBlock 控制七段显示器

衔接好电路之后，那么就可以写程式来控制了，基本上就是用回圈来逐个控制与显示，我们稍微改写一下〈mBlock & Arduino（7）七段显示器之 HELLO！〉中的范例，以达到控制之目的：

其中numbers的内容一样是：

执行程式之后的效果是 …

嗯？由于透过 mBlock 控制 Arduino 会有速度上的限制，因此，你看到的是四个数字轮流闪动，而不是看起来一起亮，不过，这当作了解四位数七段显示器运作原理，倒是不错的方式，如果想要看起来有同时显示的效果，那么可以在 Arduino IDE 中撰写如下的程式，其运作原理与上面的程式是类似的：

在set7Seg中需要一点delay，这样切换速度才不会太快，LED 看起来才会够亮，将程式上传至 Arduino 板子，效果会是这样的 …

视频链接：

（18）74HC595 与七段显示器

在〈mBlock & Arduino（7）七段显示器之 HELLO！〉与〈mBlock & Arduino（17）四位数七段显示器〉都谈过七段显示器，直接使用 Arduino 来控制七段显示器的问题在于，它们会占用到 Arduino 上许多输出脚位，如果想减少 Arduino 上的脚位占用，那么可以使用 4511 或 74HC595 等驱动 IC，或者是选用市面上现成的七段显示器模组。

74HC595 工作原理

使用 74HC595，你可以使用三个脚位来控制八个输出，在正式看到 74HC595 脚位之前，可以先这么想，如果你想要最后八个输出为 10101101，那么一开始令 ST_CP 脚位为低电位，然后提供脚位 DS 高电位，如下图：

接着令 SH_CP 为高电位，将资料推入位移暂存器：

接着令 SH_CP 为低电位，DS 提供 0：

接着再令 SH_CP 为高电位，将资料推入位移暂存器，先前的 1 因此也被推进下一个暂存位置：

重复以上动作，继续将 101101 推入位移暂存器，成为以下状态：

此时令 ST_CP 为高电位，下方储存暂存器会复制位移暂存器的值：

这时储存暂存器的值就可以作为 Q0 到 Q7 脚位输出之用，接下来若要继续提供新的资料给位移暂存器，要令 ST_CP 为低电位，假设接下来又推进一个 1：

那么原先最左边的 1 被推至 Q7′，一个 74HC595 可以提供八个输出，如果想要提供 16 或更多输出，可以串接 74HC595，从上可知，串接方式就是将上一颗 74HC595 的 Q7′ 连接至下一颗 74HC595 的 DS。

连接七段显示器

实际的 74HC595 有 16 个脚位，除了上面谈到的 DS、SHCP、STCP、Q0 到 Q7 以及 Q7′ 之外，还有 VCC、GND、OE 与 MR 脚位：

OE 是指 Output Enable，设置为低电位时表示允许输出，因此在连接七段显示器时，可以直接与 GND 相连；MR 是指 Master Reset，设定为低电位时，表示清除暂存器所有资料。

之前谈到的 DS 表示 Serial data input；SHCP表示SHift register clock pin，又称为Clock Pin；STCP 表示 STorage register clock pin，又称为 Latch Pin。

知道这些脚位的作用，接下来要连接七段显示器，就不是难事了，只要小心不要接错就好了，例如连接一个七段显示器：

实际上 Q0 到 Q7 脚位要怎么接，要看你的资料序列如何安排，上面这个电路图可以搭配以下的程式来依序显示 H、E、L、L、O：

注意！虽然我们没有用到七段显示器的小数点，不过，还是每次将八个数字推入暂存器，只是最后一个推入的数字是 0，以下是实际的效果：

连接多个七段显示器

如果想要连接多个七段显示器，方式之一是串接多个 74HC595，每一次都准备好足够数量的位数，例如两个七段显示器可以如下连接线路：

如此，你可以维持三个输入脚位，但可控制十六个输出；另一个方式是 74HC595 结合多合一七段显示器，例如：

这样的话，只需要一个 74HC595，不过为了控制数字的轮流显示，需要多一个脚位，像上头四个数字，就需要再用到四个脚位，不过还是比不使用 74HC595 少了五个脚位了，下面这个程式可用来控制上头的七段显示器：

同样要记得，虽然没有使用到七段显示器的小数点，我们还是一样一次推入八个数字：

底下是实际的执行效果：

视频链接：

当然，速度不够快，来写个在 Arduino IDE 中类似的程式：

底下是实际的执行效果：

视频链接：

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整理：宁波家电物联网云平台，中科极动云

编辑：IT智能化专栏