5.2　制作硬件

重要声明：

本着开源精神和教育目的，在本书中所涉及的硬件分为两大类，第一类是开源硬件厂家开发的套件，这类套件品牌很多，作者不能逐一测试，这里统一称为套装硬件。但能确定的是，只要是基于Arduino核心的套件，理论上都能正常使用，除非开源硬件厂家刻意做了一些不通用的设计，这是作者不能控制的因素，还请大家谅解。但大部分套装硬件厂家为了便于使用，都会设计方便接线的接插件，这样，可大大提高课堂上使用套装硬件进行创作的效率。第二类是用电子元件DIY的作品，也就是玩家购买电子元件，自己手工DIY，这是作者最为倡导的方式。但这种方式需要一定的动手能力和相关知识。所以本书在编写中，首先安排用套装硬件进行制作，在完成项目以后，鼓励玩家再用电子元件DIY，以完成更多创意作品设计。

5.2.1　套装硬件

套装硬件是厂家统一设计和生产的，主板和传感器之间设计了统一风格的连接方式，便于连接和使用。本章需要选用一个按键传感器，将占用Arduino板的数字端口8，设计表如表5.1所示。

1. 材料清单

套装硬件制作的材料全部由厂家配套准备好，不需要大家准备，详细的材料清单如表5.2所示。

2. 套装硬件简介和连接

（1）Arduino UNO主板。

图5.2是Arduion UNO主板实物图。Arduion UNO主板整合了两路马达驱动，将部分数字端口和模拟端口做成了水晶头插座，以便于连接。经作者五年多的使用，这块主板是性能最稳定的一块。稳定性是电子产品最重要的指标，当然，略懂电子的朋友会很容易看出，这个稳定源自于扎实的用料，钽电容、全原装芯片和改进的USB通信芯片等。

（2）触摸传感器。

图5.3和图5.4分别是触碰传感器的正面和侧面实物图。触摸传感器主要元件是一个微动开关，微动开关安装在一块PCB板上，PCB板设计了两个兼容乐高积木的安装孔，便于用户将PCB板安装在乐高积木上。

接插件采用了六芯水晶头设计，便于使用者快速、牢固地连接硬件。六芯水晶头与电话线一样，只有一侧有缺口，这样就有效避免了误插和错插。

（3）硬件连接。

反应速度测试仪项目，我们使用数字端口8，用一根3P连接线，将触摸传感器和Arduino扩展板上的数字端口8连接在一起，用USB线将Arduino UNO板连接到计算机USB端口上，即完成套装硬件连接。

为了便于测试者测试，大家最好把触摸传感器固定在一个稳固的支架上，可用乐高积木完成，如图5.5所示。当然，这种固定方式仅作参考，鼓励大家使用身边现有材料，各显神通。目标只有一个，就是固定触摸传感器，方便测试者操作。

5.2.2　散件DIY

散件DIY需要有相当的动手能力，你准备好了吗？

需要重点强调的是，安全第一。为此，请你在动手之前务必做到以下几点。

（1）将电源插座垂直放置或高于自己的工作台面。

（2）在进行有扬尘的操作时，必须戴上护目镜。

（3）所使用的电源必须安装有漏电开关，并可靠接地。

图5.6显示了反应速度测试仪的电路原理图，从该图中可以看到，反应速度测试仪选用的端口是数字端口D8。在一般情况下，我们先在选用的数字端口与GND之间，串联一颗10kΩ的电阻，这种用法称为拉低，也就是让D8端口空闲时，一直处于一个稳定的低电平状态。

接下来，是在数字端口D8与5V电源之间，串联一个微动开关。当微动开关按下时，5V电源经微动开关，导通到D8，这时，数字端口D8为高电平；当松开微动开关时，数字端口D8又恢复至低电平状态。

1. 材料清单

反应速度测试仪需要Arduino NANO主板、微动开关、10kΩ电阻，以及导线若干，详细材料清单如表5.3所示。

2. 硬件连接基础

图5.7是反应速度测试仪原型设计图。从该图中可以看到，连接的引脚共7个，其中，连接到Arduino NANO主板上的线可使用带孔杜邦线（见图5.8）。杜邦线分为两种：一种为插针的；另一种为带孔的。由于Arduino NANO上带有针脚，因此，接到Arduino NANO上需用带孔的杜邦线，如图5.9所示。

3. 微动开关测试

接下来说一说微动开关。微动开关和其他开关一样，作用都是开和关，状态都为通和断两种。图5.10和图5.11是两个外观不同的微动开关，它们的区别是上方的滚轮。

当然，微动开关还有更多的其他的外观，但常见的微动开关都有三个引脚，如图5.12所示。

前面提到不论是什么开关，其作用都是开或者关，那么为什么设计成三个引脚呢？我们用万用表测试一下导通情况就明白了。图5.13演示了用万用表测试微动开关的方法。按照该图中的测试方法，当把万用表档位拨动到测试二极管导通档时，用万用表的两支测试笔，分别接触到1号COM引脚和3号NC引脚，我们马上就可以听到清脆的蜂鸣器声音，这说明在没按下微动开关时，1脚和3脚是导通的。

下面我们测试1脚和2脚，当把万用表的两支测试笔分别接到微动开关的1脚和2脚上，这时，我们没有听到蜂鸣器声音测试方法如图5.14所示；当按下微动开关后，我们立即听到了蜂鸣器声音，测试方法如图5.15所示。

经过一番测试，我们可以了解到在这项任务中，我们只接微动开关的1脚和2脚即可。在图5.7中，我们使用了四脚按钮，它的作用与微动相同，只是按钮开关操作起来比较费力，微动开关要轻松很多。

在弄明白微动开关的连线引脚和与按钮开关的区别后，就可以按图5.7的方式连接好微动开关了。

4. 完成硬件连接

图5.16是硬件连接原理图。首先将10kΩ电阻的两端分别接在Arduino NANO板的GND端口和D8端口上，这样做的目的，是保持D8端口通常处于低电平状态。这样，10kΩ电阻与GND端口、D8端口形成一串，这样的连接方式称为串联。用同样的串联方式，将微动开关与5V端口和D8端口串联在一起。由图5.16中可见，D8端口上同时要接到10kΩ电阻一端，和微动开关的1号脚。可使用两根带孔杜邦线，自制一根一分为二的连接线即可完成连接，具体制作方法如图5.17～图5.19所示。

加工好一分二杜邦线后，就可以按照原理图连接好10kΩ电阻和微动开关了，完成后的效果如图5.20所示。

这样连接好导线后，并不能直接用于测试反应速度，还需要用一块雪弗板进行黏合、稳固，完好后的效果如图5.21和图5.22所示（这两张图是连接到D12端口上的，与前面讲到的原理图不同）。这一步，大家可使用自己身边一切可使用的材料，目的就是把Arduino NANO板和微动开关固定起来。