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Arduino在传感器教学中的应用

摘要：针对传感器教学枯燥乏味、资源匮乏的问题，我校引入了Arduino作为传感器教学实践平台。Arduino具有开源、易学易用、设计灵活等优点，支持多种传感器扩展模块且易于编程，可以完成红外遥控、光电传感器、霍尔传感器、温度传感器、超声波传感器等各种传感器实验。通过引入Arduino平台，可以激发学生对科学的兴趣和好奇心，培养他们的实践能力和创新精神。总之，Arduino平台在传感器教学中具有十分广阔的应用前景，我校的经验可以为传感器教学的改进和发展提供有益的参考和借鉴。

1概述

传感器教学是现代工程教育中不可或缺的一部分，它通过培养学生对物理世界的观测和量化能力，以及对数据采集和处理的技能，为学生提供了实践应用科学知识的机会。随着科技的不断发展，传感器教学的重要性也越来越受到关注。然而，在传感器教学中存在着一些问题，如传统教学方法缺乏趣味性和实验性，学生参与度不高，以及教学资源有限等。

为了解决这些问题，近年来，Arduino平台在传感器教学中得到了广泛的应用。作为一种开源的硬件和软件平台，Arduino可以通过连接各种传感器实时获取环境数据，并将其通过数字信号进行处理。这使学生可以通过实际操控传感器和编程来感知和理解物理世界的规律，有效提高了传感器教学的趣味性和实用性。

笔者作为广东医科大学的专任教师，讲授本科生的“智能医学传感器”课程（省级一流本科课程）已经两年，充分利用了Arduino平台开展自己的传感器实验教学，将积累的一些实践经验分享在此，抛砖引玉，供各位教师同行参考，共同学习进步。

2Arduino简介

Arduino是意大利工程师MassimoBanzi与DavidCuartielles研发设计的一款基于AVR单片机的开源电子平台。它包含各种型号的Arduino板（硬件）和Arduino集成开发环境（软件）。Arduino能通过各种各样的传感器来感知周围环境，进而控制LED灯亮灭、扬声器发声和马达旋转等来实现各种交互式应用。Arduino最大的特点是“开源”，其开源协议允许任何人使用、复制、修改和分发该平台，这促成了Arduino的高度灵活性和可扩展性，吸引了大量的开发者和创新者。在Arduino的开源社区，全世界的开发者都参与到Arduino的开发中，贡献了大量的代码、教程、示例和模块，为Arduino的发展提供了丰富的资源，帮助了新手快速入门，同时也为有经验的开发者提供了深入研究和探索的机会。

与传统的传感器实验平台［见图（a）］相比，基于Arduino的传感器实验套件［见图（b）］具有多方面的优点。首先，Arduino平台的开源性使教师和学生可以自由获取和分享各种教学资源，从而丰富了教学内容和方法。其次，Arduino具有简单易学的特点，即使是初学者也可以很快上手，并且可以通过编程进行个性化的功能实现，激发学生的创造力和实践能力。此外，Arduino支持多种编程语言和开发环境，使教师可以根据学生的不同水平和兴趣进行灵活的教学设计和组织。另外，Arduino平台的低成本也使更多的学校和教育机构可以采用这种方法开展传感器教学，促进了教育资源的共享和普及。

3传感器实验设计

在Arduino开源社区中，与Arduino兼容的可扩展的开源传感器模块多达168种。在我校所采购的国产Arduino传感器套件中，包含可扩展的传感器模块共37种［见图（b）］，支持温度传感器、湿度传感器、光线传感器、压力传感器等多种实验，配合Arduino软件编程，能够实现各种不同的功能。由于篇幅所限，本文仅简单介绍其中的五种传感器实验。

3.1红外遥控实验

红外遥控装置包括红外发射器与红外接收器两个部分。红外发射器是一种红外线发射二极管，可以将低频或高频的电信号转换成载波频率38kHz的光信号，通过发射红外线将信号传递给接收装置。红外接收器为IC化的一种受光元件，其内部是将光电二极管（俗称接收管）和集成IC共同组合封装而成，主要接收38kHz频率的红外线，而对其他频率段的红外信号不敏感。这样，遥控器发出载波38kHz频率的红外线，被接收器接收并识别，从而完成一次通信［3］。

在实验中，我们通过Arduino编程识别来自遥控器的按键信号（开灯或关灯），从而控制Arduino主板上的LED灯亮或灭。按下遥控器上的某个键时，遥控器上的发射器发出红外线，然后被Arduino主板上的红外接收器接收，调用IRremote库中的decode函数解码后，识别出按键的编号（开灯或关灯）。若为开灯键，则控制Arduino主板上的D13口连接的LED亮起；若为关灯键，则控制此LED熄灭。

3.2U型光电传感器实验

U型光电传感器是一种对射式光电传感器，整体呈U型。它由一个发射端和接收端组成，分别位于U型的两侧。发射器中的L