數(shù)字制造講義01-成為數(shù)字世界的建造者
數(shù)字制造講義02-Arduino入門
數(shù)字制造講義03-電路基礎
快速回顧
讓我們先回顧上節(jié)課的內(nèi)容平酿。
電路是由導體和元件組成的回路盈厘，電流可以在其中流動。電路有三種狀態(tài)：通路缅茉，開路（某處斷開）和短路。
閉合回路在同一點開始和結(jié)束视乐，形成一個完整的循環(huán)洛搀，允許電力不間斷地從（+）電源流到（ - ）地。短路是指佑淀，電路中有很大電流流過留美，但不流過負載，負載不起作用渣聚。
電路圖通過符號表示電子元件及其位置独榴。
電阻器通常用于限流，我們用歐姆定律計算電路中所需電阻阻值奕枝。更復雜的電路則需要用基爾霍夫定律棺榔。
電路類型
有了基本的電路元件，我們可以構(gòu)建出不同類型的電路隘道。除了通路症歇、開路和短路，電路還有其他的分類方法谭梗。
比如忘晤，從構(gòu)成來分，可以分為電氣電路和電子電路兩大類激捏。電氣電路由電阻设塔、線圈、電容組成远舅。電子電路除了電阻闰蛔、線圈和電容之外，還包括晶體管和二極管等半導體元件图柏。
按照功能來分序六，又分為以下類型的電路：
放大電路：用于增大輸入信號并且輸出，例如常見的 Amplifier/功放
振蕩電路：使電路在沒有輸入信號時也能產(chǎn)生交流信號
調(diào)制電路：可以調(diào)制振幅大小(AM)或頻率(FM)的電路
檢波電路：從信號中提取聲音等（調(diào)幅波解調(diào)）
濾波器：提取指定頻段的信號
運算放大器：能產(chǎn)生一個比輸入端電勢差大數(shù)十萬倍的輸出電勢（對地而言）蚤吹。集成電路的一種例诀，輸入輸出互不影響。
邏輯電路：計算加法裁着、乘法繁涂、記憶數(shù)字/文字
電源電路：交流直流電轉(zhuǎn)換
我有千里眼，你有順風耳嗎二驰？
在初學電子電路知識時扔罪，很容易被種類繁多的電子元件搞暈。想要一種一種元件學習诸蚕，不是不可能步势，但是沒必要。我們需要提醒自己背犯，學習電路的目標是做出自己需要的東西坏瘩，帶有功能和互動的裝置。
電子元件雖然名目繁多漠魏，但是從用途來分倔矾，除了上節(jié)課介紹過的基本元件，接下來就是這節(jié)課要學習的兩大類：輸入類和輸出類柱锹。
輸入類元件幫助我們感知和獲取環(huán)境中的信息/狀態(tài)哪自，輸出類元件負責向環(huán)境施加影響，例如展示數(shù)字/圖像禁熏、移動物體等等壤巷。
想象一下人體，可以類比為裝備著強大輸入輸出設備的智能體瞧毙。輸入設備包括眼睛胧华、鼻子、耳朵宙彪、皮膚等矩动，可以感知并接收圖像、運動物體释漆、聲音悲没、氣味、壓力等等復雜多樣的信息男图。而輸出設備包括嘴巴示姿、身體關節(jié)和肌肉等，可以發(fā)出聲音享言、做動作峻凫、移動物體等等。
當然览露，電子元件能夠做的事情就更多了荧琼，比如，測量土壤濕度差牛、測量脈搏命锄、獲取藍牙信號等等。這些由各顯神通的元器件來實現(xiàn)偏化。
輸入設備
我們借助輸入設備脐恩，實時獲取環(huán)境中的各種信息。
開關
開關也是一種設備侦讨？沒錯驶冒，電路本身就是一個小環(huán)境苟翻，這個小環(huán)境最重要的狀態(tài)之一，就是電路是否形成通路骗污。(聰明的你應該意識到崇猫，開關同時也是一種輸出設備)
不要小看了開關，它有多種類型需忿，可以控制多種狀態(tài)诅炉。比如有按鈕類型的，toggle 類型的屋厘，還有開關組：
聲音
檢測環(huán)境中聲音大小的元件(更高級一些的可以提取聲音包絡涕烧，或者做語音識別)。猜猜看汗洒，這類元件價格是多少议纯？
距離
超聲波傳感器的本領，是不斷發(fā)出探測距離的超聲波溢谤，計算并報告元件距離目標物體(障礙)的距離：
溫度
測量溫度的元件大多數(shù)都是熱敏電阻痹扇，也就是阻值隨著溫度發(fā)生變化。
光照
測量光照亮度的元件大多數(shù)都是光敏電阻溯香，也就是阻值隨著亮度發(fā)生變化鲫构。
圖像
想要識別物體，首先要獲取圖像玫坛。攝像頭就是最常見的設備〗岜浚現(xiàn)在的攝像頭已經(jīng)做到體積微小、成像高清湿镀。
另外一種傳感器可以專門檢測 RGB 的顏色值：
壓力
壓電傳感器用來檢測振動或敲擊炕吸。
磁場
我們常見的磁鐵也是一種電子元件哦~
霍爾效應傳感器也稱霍爾傳感器，是一個換能器勉痴，將變化的磁場轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化赫模。
紅外
互動裝置總是少不了人的參與，其中經(jīng)常會用到的一個元件蒸矛，是檢測某個距離內(nèi)是否有人出現(xiàn)的紅外傳感器瀑罗。
應變計
應變計是電阻隨作用力變化的傳感器；它將力雏掠、壓力斩祭、張力、重量等物理量轉(zhuǎn)化為電阻的變化乡话，從而測量這些物理量摧玫。當外力作用于固定物體時，就會產(chǎn)生應力和應變绑青。物體內(nèi)部產(chǎn)生的（對外力的）反作用力即為應力诬像，產(chǎn)生的位移和形變即為應變屋群。
例如基于應變計的稱重傳感器，將力轉(zhuǎn)換為可測量的電信號輸出的傳感器坏挠。
加速計
加速計（accelerometer）也叫重力感應器谓晌，是測量加速度的裝置。相對于遠距感測的裝置癞揉，它測量的是自身組件在某個軸向的受力情況，表現(xiàn)形式為軸向的加速度大小和方向（XYZ）溺欧。這有點類似于陀螺儀喊熟，但陀螺儀的更多關注自身旋轉(zhuǎn)情況，加速計則主要是測量受力情況姐刁，也就是三軸運動情況芥牌，更適合用于空間運動判斷。
陀螺儀（gyroscope）是一種基于角動量守恒理論感測與維持方向的裝置聂使。三軸陀螺儀的工作原理壁拉，是通過測量三維坐標系內(nèi)陀螺轉(zhuǎn)子的垂直軸與設備之間的夾角，并計算角速度柏靶，通過夾角和角速度來判別物體在三維空間的運動狀態(tài)弃理。三軸陀螺儀可以同時測定上、下屎蜓、左痘昌、右、前炬转、后等6個方向辆苔，最終可判斷出設備的移動軌跡和加速度。
常見的體感游戲機扼劈、手機里都有這種元件驻啤。
機器視覺
前面提到了獲取圖像的元件，也就是常見的攝像頭荐吵。不過我們更常見的需求是用攝像頭識別某些東西骑冗，比如人臉、比如讓機器人擁有視力先煎。所以沐旨，機器視覺相關的硬件和軟件也是我們可能會用到的工具。
機器視覺是人工智能中一個重要的研究領域榨婆，相關的算法一直在改進磁携。OpenCV 就是使用最為廣泛的機器視覺開源庫，它提供了實時識別形狀和物體的能力良风，許多機器視覺的應用都是在它的基礎上改進實現(xiàn)的谊迄。
當然闷供，也有一些硬件已經(jīng)集成了特定的視覺能力。
比如 OpenMV 項目提供低成本统诺、可擴展歪脏、支持 Python 的機器視覺模塊，成為「機器視覺的 Arduino」：
又比如 Pixy2 攝像頭粮呢，能通過簡單的訓練快速識別物體：
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輸出設備
看了這么多輸入元件婿失，是不是覺得人對環(huán)境的感知能力得到極大的擴展？這樣我們可以收集無數(shù)來自環(huán)境的實時信息啄寡。接著豪硅，我們處理這些信息，或者設定一些規(guī)則挺物，達到某些條件的時候懒浮，就自動去做某些事情。這就是智能硬件的基本原理识藤。并不難砚著，對吧？
接下來我們就了解一下輸出設備痴昧，看看如果要對環(huán)境施加影響稽穆，我們都有哪些能力可以使用。
LED
嚴格來說赶撰，單個 LED 不算一類輸出設備秧骑。但是它實在太常用了，而且多個 LED 組合起來扣囊，就可以成為可能性無窮的輸出顯示屏乎折。
LCD
跟 LED 對應的還有另外一種專門用于顯示的屏幕——LCD (Liquid Crystal Displays)。
揚聲器
視覺的輸出設備有了侵歇，接下來是聽覺骂澄。那就是各種揚聲器，也就是喇叭了惕虑。
電機/馬達
聽和看都有了坟冲，那么接下來就是運動了。運動涉及到物理位移溃蔫，我們需要借助電機來完成健提。
電機有非常多種，分類也各不相同伟叛，比如直流電機（DC Moter）和交流電機私痹。
在 DIY 裝置中，常用到伺服電機、步進電機和舵機這幾種紊遵。
伺服電機：閉環(huán)控制账千，即通過傳感器實時反饋電機的運行狀態(tài)，由控制芯片進行實時調(diào)節(jié)暗膜。
[圖片上傳失敗...(image-b2e39f-1553611455224)]
步進電機：開環(huán)控制匀奏，接收的是電脈沖信號，根據(jù)信號數(shù)量轉(zhuǎn)過相應的步距角（角位移）学搜。
舵機：是伺服電機在航模娃善、小型機器人等領域下常用的一個特殊版本
小結(jié)
今天我們認識了很多新伙伴。你可能眼有點花瑞佩，頭有點昏聚磺。不要緊，在動手實踐過程中會慢慢加深了解的钉凌。
現(xiàn)在，你已經(jīng)踏上了自己折騰的旅程——有那么多好玩的東西等著你去搭建呢捂人！
輸入+Arduino+輸出 可以實現(xiàn)無數(shù)的組合御雕，只要你愿意細心查看元件的說明，按照電路的原理去設計接線滥搭，使用 tinkercad 等工具來模擬和檢查電路酸纲，并且編寫一些 Arduino 代碼，理論上就可以做出許許多多好玩的東西瑟匆。
嗯闽坡，理論只是理論。在實際動手的過程中愁溜，我們還會遇到這樣那樣的問題疾嗅，可能是搞不懂某個元件的工作原理，可能電路總是出問題冕象，可能是編程很吃力代承。這些都是成為 Maker 的過程中必不可少的鍛煉。別忘記渐扮，我們還有 instructables论悴、Arduino 等網(wǎng)站和社區(qū)，上面有海量的例子墓律、項目和資料膀估，是我們折騰路上很好的陪伴。
接下來就開始撲騰吧耻讽！享受淹沒在新知中的缺氧感察纯，享受遇到問題解決問題的痛苦，享受打完大小 boss 通關后的成就感。不要忘記跟大家分享你的點滴心得~
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