【mqtt参数上云和小程序开发】第2期：焊接pcb，元器件准备

万能参数采集基板，焊接完成

1. 后续编写嵌入式程序驱动各个模块
2. 基于wifi连接云平台，mqtt协议
3. 编写小程序显示基板采集参数和下发控制指令
   感兴趣的小伙伴关注我一下吧，一起见证成品的诞生！

好的，这是一个非常实用且重要的话题。在单片机系统中，单片机（MCU）是大脑，负责运算和控制，但要让这个大脑感知世界、执行动作并与外界通信，就必须依赖各种外接模块。

下面我将系统地介绍一些最常用、最经典的单片机外接模块，并详细说明它们的作用。

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一、 人机交互模块

这类模块负责让用户与单片机系统进行信息交互。

1. 输入模块

• 按键/键盘模块：

  • 作用： 最基础的输入设备，用于接收用户的指令、数据输入或功能选择。
  • 类型： 独立按键、矩阵键盘（用于需要大量按键的场合，如数字键盘）。
  • 应用举例： 电子设备的开关机键、设置键、计算器的键盘。

• 旋转编码器：

  • 作用： 用于检测旋转方向和角度（或增量）。与普通电位器不同，它可以无限旋转，并提供数字脉冲信号。
  • 应用举例： 多媒体音量旋钮、数控机床的手轮、菜单选择旋钮。

• 触摸传感器/触摸按键模块：

  • 作用： 通过检测电容变化来感知人体触摸，无需物理按压，美观且寿命长。
  • 应用举例： 智能台灯的触摸调光、现代家电的触摸控制面板。

2. 输出模块

• LED灯：

  • 作用： 最简单的状态指示设备，用于显示系统电源、工作模式、报警状态等。
  • 扩展： RGB LED模块可以混合出各种颜色的光，用于氛围灯、状态指示等。

• LCD/LED显示屏模块：

  • 作用： 显示字符、数字、图形甚至图像，是信息输出的主要窗口。
  • 常见类型：
    • 字符型LCD（如1602、2004）： 只能显示预定义的字符和数字，成本低，驱动简单。
    • 图形点阵LCD（如12864）： 可以显示任意图形和汉字，功能更强大。
    • TFT LCD彩屏： 真彩显示，可以显示丰富的图片和UI界面，通常带有驱动芯片（如ILI9341），通过SPI或并行接口通信。
  • 应用举例： 温湿度计显示读数、3D打印机状态显示、智能家居控制面板。

• OLED显示屏模块：

  • 作用： 与LCD类似，但具有自发光、高对比度、响应速度快、视角广、功耗低等优点。
  • 应用举例： 智能手表、便携式设备的屏幕。

• 蜂鸣器/喇叭模块：

  • 作用： 发出声音提示或简单的音乐。
  • 类型：
    • 有源蜂鸣器： 给定电平就会以固定频率发声，驱动简单。
    • 无源蜂鸣器： 需要给不同频率的PWM信号才能发声，可以播放不同音调甚至简单旋律。
  • 应用举例： 报警器、按键音、完工提示音。

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二、 传感器模块

这类模块是单片机的“感官”，用于从物理世界中采集各种信息。

1. 环境感知传感器

• 温湿度传感器模块（如DHT11/DHT22、SHT30）：

  • 作用： 测量环境温度和相对湿度。
  • 应用举例： 智能空调、气象站、温室监控系统。

• 光敏传感器/光照强度传感器（如BH1750）：

  • 作用： 检测环境光线的强度。
  • 应用举例： 自动调光台灯、汽车自动大灯、相机自动曝光。

• 空气质量传感器（如MQ系列）：

  • 作用： 检测特定气体浓度，如可燃气体（MQ-2）、甲醛（MQ-135）、二氧化碳等。
  • 注意： 这类传感器通常需要校准，且对多种气体敏感（交叉敏感）。
  • 应用举例： 烟雾报警器、空气净化器、新风系统。

• 大气压传感器（如BMP180/BMP280）：

  • 作用： 测量大气压强和温度，通过气压值还可以估算海拔高度。
  • 应用举例： 无人机定高、天气预报、登山手表（测海拔）。

2. 运动与姿态传感器

• 超声波测距模块（如HC-SR04）：

  • 作用： 通过发射和接收超声波，计算到障碍物的距离。
  • 应用举例： 机器人避障、停车场车位检测、液位测量。

• 红外避障模块：

  • 作用： 通过发射和接收红外线来判断前方是否有障碍物，通常只能输出“有/无”的开关量信号。
  • 应用举例： 循迹小车、防跌落检测。

• MPU6050（六轴陀螺仪+加速度计）模块：

  • 作用： 同时检测三轴加速度（线性运动）和三轴角速度（旋转运动），通过数据融合（如DMP）可以直接计算出物体的姿态角（Roll, Pitch, Yaw）。
  • 应用举例： 无人机飞控、平衡车、手势识别、手机屏幕旋转。

• 舵机（Servo）：

  • 作用： 一种可以精确控制角度的电机。单片机通过输出特定宽度的PWM信号来控制舵机旋转到指定角度。
  • 应用举例： 机器人关节、相机云台、遥控模型。

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三、 通信模块

这类模块负责让单片机与其他设备或网络进行数据交换。

1. 有线通信

• UART转USB模块（如CH340G、CP2102）：

  • 作用： 将单片机的UART（TTL电平）信号转换为电脑能识别的USB信号，是单片机与电脑通信、程序调试和固件下载的最常用桥梁。
  • 应用举例： Arduino Nano、ESP8266等开发板的程序上传和串口监控。

• 以太网模块（如W5500、ENC28J60）：

  • 作用： 为单片机提供有线网络连接能力，使其可以接入局域网或互联网。
  • 应用举例： 网络远程控制器、工业数据采集网关。

• CAN总线模块（如MCP2515）：

  • 作用： 用于汽车电子和工业控制领域，是一种抗干扰能力强、可靠性高的多主机通信协议。
  • 应用举例： 汽车ECU之间的通信、工业生产线控制。

2. 无线通信

• Wi-Fi模块（如ESP8266/ESP32）：

  • 作用： 让单片机接入本地Wi-Fi或作为热点，实现物联网（IoT）功能。ESP系列本身就是一个功能强大的单片机，常被用作主控。
  • 应用举例： 智能插座、物联网传感器节点、远程视频监控。

• 蓝牙模块（如HC-05/HC-06， BLE如HM-10）：

  • 作用：
    • 经典蓝牙： 主要用于数据传输，如连接手机APP进行控制。
    • 低功耗蓝牙： 主要用于低功耗设备，如手环、智能门锁，与手机进行间歇性数据通信。
  • 应用举例： 无线耳机、智能手环与手机连接、无线串口数据传输。

• ZigBee模块（如CC2530）：

  • 作用： 一种低功耗、自组网的 Mesh 网络协议，适用于大规模的传感器网络。
  • 应用举例： 智能家居传感器网络（如安防、照明）、工业无线传感。

• LoRa模块（如SX1278）：

  • 作用： 以其超远距离（公里级）和低功耗著称，传输速率很低，但穿透性强。
  • 应用举例： 智慧农业（大田传感器数据回传）、远距离抄表、森林防火监测。

• RFID模块（如RC522）：

  • 作用： 通过射频信号识别特定目标并读写相关数据，无需物理接触。
  • 应用举例： 门禁系统、物流追踪、图书馆管理。

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四、 存储与执行模块

这类模块用于扩展单片机的数据存储能力或直接驱动大功率负载。

• SD/TF卡存储模块：

  • 作用： 为单片机提供大容量的外部存储空间，通常通过SPI接口通信。
  • 应用举例： 数据记录仪（如飞行黑匣子）、MP3播放器、图片显示器。

• EEPROM存储模块（如AT24C02/04/16）：

  • 作用： 提供小容量（通常几KB到几十KB）的、可重复擦写且掉电不丢失的数据存储。与单片机内部的Flash相比，它寿命更长，按字节操作更方便。
  • 应用举例： 存储系统配置参数、设备运行时间、用户设置。

• 继电器模块：

  • 作用： 利用小电流（来自单片机IO口）控制大电流/高电压电路的通断，本质是一个“电子开关”。可以实现弱电控制强电。
  • 应用举例： 智能家居中控制灯、风扇的开关， Arduino控制220V家用电器。

• 电机驱动模块（如L298N、TB6612、DRV8833）：

  • 作用： 单片机的IO口驱动能力很弱，无法直接驱动直流电机、步进电机。此类驱动模块可以提供大电流，并接收单片机的PWM和方向信号来精确控制电机的转速和转向。
  • 应用举例： 机器人小车、3D打印机、智能窗帘。

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总结

模块类别	模块示例	核心作用	典型应用场景
人机交互	LCD1602, 按键, 蜂鸣器	用户输入与信息反馈	仪器仪表、控制面板
传感器	DHT11, HC-SR04, MPU6050	感知物理世界参数	环境监测、机器人、物联网
通信	ESP8266(Wi-Fi), HC-05(蓝牙), LoRa	设备间数据交换	远程控制、无线传感网络
存储与执行	继电器, L298N, SD卡模块	扩展存储、驱动大功率设备	智能家居、数据记录、自动化

选择哪种模块，取决于你的项目具体需求。一个复杂的项目通常会组合使用多种模块，例如：
一个智能农业小车可能包含：

• ESP32-CAM（Wi-Fi+摄像头） 用于传输视频。
• L298N电机驱动 控制车轮。
• DHT11温湿度传感器 监测环境。
• 土壤湿度传感器 监测土壤。
• 继电器模块 控制水泵进行自动灌溉。

理解这些常用模块的功能和用途，是进行单片机项目开发的第一步，也是将想法变为现实的关键。