传感器入门

传感器在智能硬件中的角色

传感器是将物理世界和数字世界之间建立桥梁的关键元件。它们把温度、光照、加速度、气体浓度等物理量转换为电信号，供微控制器读取和处理。

选择传感器时，需要考虑精度、量程、接口类型、功耗、体积和成本六个维度。

温湿度传感器

最常见的是 DHT11/DHT22 和 SHT3x 系列。

# DHT22 读取示例 (MicroPython)
from machine import Pin
import dht

sensor = dht.DHT22(Pin(4))

def read_environment():
    sensor.measure()
    temp = sensor.temperature()
    hum = sensor.humidity()
    print(f"温度: {temp:.1f}°C, 湿度: {hum:.1f}%")
    return temp, hum

选型建议：原型验证用 DHT22，量产产品用 SHT30 或 BME280（后者还集成气压计）。

距离传感器

// HC-SR04 超声波测距 (Arduino)
const int trigPin = 9;
const int echoPin = 10;

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    pinMode(trigPin, OUTPUT);
    pinMode(echoPin, INPUT);
}

void loop() {
    digitalWrite(trigPin, LOW);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(trigPin, HIGH);
    delayMicroseconds(10);
    digitalWrite(trigPin, LOW);
    
    long duration = pulseIn(echoPin, HIGH, 30000);
    if (duration == 0) {
        Serial.println("超出范围");
        return;
    }
    
    float distance = duration * 0.034 / 2;
    Serial.print("距离: ");
    Serial.print(distance);
    Serial.println(" cm");
    delay(500);
}

注意：超声波传感器受温度影响，mmWave 传感器能穿透非金属障碍物，红外传感器不适合阳光直射环境。

IMU 惯性测量单元

IMU 由加速度计、陀螺仪（有时加磁力计）组成，用于姿态检测和运动追踪。

# MPU6050 读取示例 (MicroPython)
from machine import Pin, I2C
import math

i2c = I2C(0, scl=Pin(22), sda=Pin(21))
mpu = MPU6050(i2c)

def calculate_pitch_roll():
    ax, ay, az = mpu.acceleration
    pitch = math.atan2(-ax, math.sqrt(ay*ay + az*az)) * 180 / math.pi
    roll = math.atan2(ay, az) * 180 / math.pi
    return pitch, roll

常见型号：

• MPU6050 — 6 轴(accel+gyro)，价格低，适合入门
• ICM-20948 — 9 轴，功耗更低，适合可穿戴
• BMI270 — 12 轴，Bosch 出品，常用于手机

使用 IMU 时需要注意零点漂移，建议用卡尔曼滤波或 Mahony 互补滤波融合数据。

光敏传感器

// BH1750 读取 (Arduino)
#include <Wire.h>
#include <BH1750.h>

BH1750 lightMeter;

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    Wire.begin();
    lightMeter.begin();
}

void loop() {
    float lux = lightMeter.readLightLevel();
    Serial.print("光照: ");
    Serial.print(lux);
    Serial.println(" lux");
    delay(1000);
}

气体传感器

常见气体传感器包括：

• MQ-2/MQ-135 — 可燃气体、空气质量，模拟输出，需要预热
• CCS811 — TVOC + eCO2，I2C 接口，数字输出
• SGP30 — TVOC + CO2，超低功耗，长寿命

// MQ-2 气体传感器 (Arduino)
int gasPin = A0;

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    // MQ系列传感器需要预热30秒以上
    delay(30000);
}

void loop() {
    int value = analogRead(gasPin);
    float voltage = value * 5.0 / 1024;
    
    // 电压越高，气体浓度越大
    Serial.print("气体浓度: ");
    Serial.println(voltage, 3);
    delay(1000);
}

MQ 系列传感器功耗较高（加热丝约 150mW），电池供电产品建议选用电化学或半导体类低功耗气体传感器。

传感器选型决策树

1. 需要测量什么物理量？→ 缩小到该类型的传感器
2. 精度要求如何？→ 确定数字输出还是模拟输出
3. 接口兼容性？→ 检查 MCU 是否有足够 I2C/SPI/ADC 资源
4. 功耗限制？→ 确认工作电流和待机电流
5. 成本预算？→ 批量价格需向代理商询价

小结

传感器选型没有绝对最优，只有最适合。建议先用手头开发板验证关键性能，再根据实测数据做最终选择。数字接口传感器（I2C/SPI）比模拟传感器更容易使用、更可靠，是优先选项。