37款傳感器與模塊的提法，在網絡上廣泛流傳，其實Arduino能夠兼容的傳感器模塊肯定是不止37種的。鑑於本人手頭積累了一些傳感器和執行器模塊，依照實踐出真知（一定要動手做）的理念，以學習和交流爲目的，這裏準備逐一動手試試多做實驗，不管成功與否，都會記錄下來——小小的進步或是搞不掂的問題，希望能夠拋磚引玉。
【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料代碼+仿真編程+圖形編程）
實驗四十九：有源蜂鳴器模塊 低電平觸發蜂鳴器 控制板發聲傳感器智能小車
知識點：聲音與蜂鳴器
一、聲音（sound）
1、聲音是振動產生的聲波，通過介質（氣體、固體、液體）傳播並能被人或動物聽覺器官所感知的波動現象。聲音的頻率一般會以赫茲表示，記爲Hz，指每秒鐘週期性震動的次數。而分貝是用來表示聲音強度的單位，記爲dB。文言文中，“聲”特指人聲，而“音”特指其他聲音；而在現代漢語中，“聲”與“音”意思已混同爲“聲音”，並簡稱爲“聲”或“音”，而文言文中“聲”在現代漢語中被稱爲“人聲”。日語中則仍保留文言文中的區別。
2、聲音是一種壓力波，當演奏樂器、拍打一扇門或者敲擊桌面時，他們的振動會引起介質——空氣分子有節奏的振動，使周圍的空氣產生疏密變化，形成疏密相間的縱波，這就產生了聲波，這種現象會一直延續到振動消失爲止。聲音作爲波的一種，頻率和振幅就成了描述波的重要屬性，頻率的大小與我們通常所說的音高對應，而振幅影響聲音的大小。聲音可以被分解爲不同頻率不同強度正弦波的疊加。這種變換（或分解）的過程，稱爲傅立葉變換(Fourier Transform)。
因此，一般的聲音總是包含一定的頻率範圍。人耳可以聽到的聲音的頻率範圍在20到2萬赫茲之間。高於這個範圍的波動稱爲超聲波，而低於這一範圍的稱爲次聲波。狗和蝙蝠等動物可以聽得到高達16萬赫茲的聲音。鯨和大象則可以產生頻率在15到35赫茲範圍內的聲音。聲音的傳播用量子力學解釋便是原子的運動，形成了聲波。但這與波粒子等名詞沒有聯繫。
3、聲音特性
（1）響度（loudness），人主觀上感覺聲音的大小（俗稱音量），由“振幅”（amplitude）和人離聲源的距離決定，振幅越大響度越大，人和聲源的距離越小，響度越大（單位爲分貝dB）。
（2）音調（pitch），聲音的高低（高音、低音），由“頻率”（frequency）決定，頻率越高音調越高（頻率單位Hz（hertz），赫茲，人耳聽覺範圍20～20000Hz。20Hz以下稱爲次聲波，20000Hz以上稱爲超聲波）例如，低音端的聲音或更高的聲音，如細絃聲。
（3）頻率（frequency）是每秒經過一給定點的聲波數量，它的測量單位爲赫茲，是以海因裏希·魯道夫·赫茲的名字命名的。此人設置了一張桌子，演示頻率是如何與每秒的週期相關的。1千赫或1000赫表示每秒經過一給定點的聲波有1000個週期，1兆赫就是每秒鐘有1,000,000個週期，等等。
（4）音色（Timbre），又稱音品，波形決定了聲音的音色。聲音因物體材料的特性而不同，音色本身是一種抽象的東西，但波形是把這個抽象直觀的表現。波形不同，音色則不同。不同的音色，通過波形，完全可以分辨的。
（5）樂音（tones）是有規則的讓人愉悅的聲音。音調，響度，音色是樂音的三個主要特徵，人們就是根據他們來區分聲音。
（6）噪音（noise），從物理學的角度看，由發聲體作無規則振動時發出的聲音；從環境保護角度看，凡是干擾人們正常工作、學習和休息的聲音，以及對人們要聽的聲音起干擾作用的聲音。
（7）畢達哥拉斯發現，當兩個物體碰撞後振動產生聲音時，若兩者振動頻率比爲不可化簡的複雜比，如：201：388，那麼我們分辨出來會覺得這個聲音刺耳；相反，若兩者振動頻率比爲可化簡的簡單比，如：3：7，那麼我們分辨出來會覺得很動聽。
4、控制噪聲
（1）聲音的本質是波動。受作用得空氣發生振動，當震動頻率在20-20000Hz時，作用於人的耳鼓膜而產生的感覺稱爲聲音。聲源可以是固體、也可以是流體（液體和氣體）的振動。聲音的傳媒介質有空氣﹑水和固體，它們分別稱爲空氣聲、水聲和固體聲等。噪聲監測主要討論空氣聲。
（2）人類是生活在一個聲音的環境中，通過聲音進行交談、表達思想感情以及開展各種活動。但有些聲音也會給人類帶來危害。例如，震耳欲聾的機器聲，呼嘯而過的飛機聲等。這些爲人們生活和工作所不需要的聲音叫噪聲，從物理現象判斷，一切無規律的或隨機的聲信號叫噪聲；噪聲的判斷還與人們的主觀感覺和心理因素有關，即一切不希望存在的干擾聲都叫噪聲，例如，在某些時候，某些情緒條件下音樂也可能是噪聲。
（3）環境噪聲的來源有四種：一是交通噪聲，包括汽車、火車和飛機等所產生的噪聲；二是工廠噪聲，如鼓風機、汽輪機，織布機和衝牀等所產生的噪聲；三是建築施工噪聲，像打樁機、挖土機和混凝土攪拌機等發出的聲音；四是社會生活噪聲，例如，喇叭，收錄機等發出的過強聲音。
蜂鳴器（buzzer）
1、蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，採用直流電壓或者交流電壓供電，屬於電子元器件的一種，廣泛應用於計算機、打印機、複印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發聲器件。蜂鳴器主要分爲壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。讓Arduino發出聲音最簡單的方法就是利用蜂鳴器，由於在設計中內置了驅動電路，創建了“即插即用”簡單解決方案。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標準用“FM”、“ZZG”、“LB”、“JD”等）表示。圖爲蜂鳴器的符號。
2、蜂鳴器分類
（1）按其驅動方式的原理分，可分爲：有源蜂鳴器（內含驅動線路，也叫自激式蜂鳴器）和無源蜂鳴器（外部驅動，也叫他激式蜂鳴器）；
（2）按構造方式的不同，可分爲：電磁式蜂鳴器和壓電式蜂鳴器；
（3）按封裝的不同，可分爲：DIP BUZZER（插針蜂鳴器）和SMD BUZZER（貼片式蜂鳴器）；
（4）按電流的不同，可分爲：直流蜂鳴器和交流蜂鳴器，其中，以直流最爲常見壓電式蜂鳴器，用的是壓電材料，即當受到外力導致壓電材料發生形變時壓電材料會產生電荷。同樣，當通電時壓電材料會發生形變。
3、電磁式蜂鳴器（Electromagnetic buzzer）
（1）電磁式蜂鳴器是蜂鳴器的一種，區別於壓電式蜂鳴器，電磁式蜂鳴器是利用電磁線圈對蜂鳴片的作用來發聲的電子響訊器，用來給電子產品作發聲器件。電磁式蜂鳴器一般由振盪器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源後，振盪器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，週期性地振動發聲。
（2）電磁式蜂鳴器使用1.5V就可以發出85dB以上的音壓了，唯消耗電流會大大的高於壓電式蜂鳴器，而在相同的尺寸時，電磁式的蜂鳴器，響應頻率可以做的比較低；電磁式蜂鳴器的音壓一般最多到90dB，機械式蜂鳴器是電磁式蜂鳴器中的一個小類別。電磁式蜂鳴器具有體積小、重量輕、聲壓電平高、耗能少、壽命長以及使用方便等特點，可廣泛應用於儀器儀表、報警器、微型通信器、玩具、家用電器及各種小型電子裝置中。
（3）電磁蜂鳴器特性
A、比較窄的工作電壓：1~16 V
B、更高的電流消耗：30~100 mA
C、較低的額定頻率
D、體積更小
E、較低的聲壓級
（4）電磁蜂鳴器的工作原理：電磁蜂鳴器中的振動盤被磁場吸引到磁極。當一個振盪信號通過線圈時，它會產生一個波動的磁場，該磁場使磁盤以等於驅動信號的頻率振動。
4、壓電式蜂鳴器（Piezo Buzzer）
（1）壓電式蜂鳴器主要由多諧振盪器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發光二極管。多諧振盪器由晶體管或集成電路構成。當接通電源後（1.5~15V直流工作電壓），多諧振盪器起振，輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料製成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極經極化和老化處理後，再與黃銅片或不鏽鋼片粘在一起。
5、電磁式蜂鳴器和壓電式蜂鳴器的區別
第一點是：它們的工作原理不一樣，壓電式蜂鳴器是以壓電陶瓷的壓電效應，來帶動金屬片的振動而發聲的。而電磁式蜂鳴器，主要是利用電磁的原理，在有電的時候會使金屬振動膜吸合，沒電的時候振動膜會復位。
第二點是：所驅動的電壓不一樣，壓電式蜂鳴器所需的電壓比較高，這樣才能發足夠的聲音，它的工作電壓一般都在爲9V以上。比如在數字萬用表裏就是用的壓電式蜂鳴器，它的工作電壓就是9V的。而電磁式蜂鳴器一般用1.5V就可以發出聲音了，但在單片機電路中爲了簡化電路，一般都用標準5伏的電壓。
第三點是：壓電式蜂鳴器從外觀看它就是一個很薄的薄片，這樣它的體積比較小、雖然它所需的電壓比較高，但是所流過的電流很小，因此很省電。又由於它的結構簡單，造價比較低。另外它在頻率特性和靈敏度高等方面都很優異。而電磁式在這方面沒有電壓式突出。
6、有源蜂鳴器和無源蜂鳴器
（1）有源蜂鳴器（Active buzzer）內建了一組固定的頻率，只要接通電源，就會發出固定的音調。蜂鳴器的源，這裏指的是震盪源。也就是說有源蜂鳴器內部帶有多諧振盪器，可以產生 1.5kHZ-2.5kHZ 的電壓信號，由此有源蜂鳴器才能發聲。有源蜂鳴器、無源蜂鳴器的外型很像，一般有源蜂鳴器會在上面貼一個白色貼紙，另外，有源蜂鳴器底部也會有膠封，無源蜂鳴器的底部可以直接看到電路板。有源蜂鳴器往往比無源的貴一點，就是因爲裏面多個震盪電路。有源蜂鳴器的優點是，編程控制簡單方便，適合大部分的簡單使用場景。缺點是隻能在固定頻率上運行，從而降低了隨着應用需求變化而實現備用頻率的靈活性。有源蜂鳴器工作的理想信號是直流電，通常標示爲VDC、VDD等。因爲蜂鳴器內部有一簡單的振盪電路，能將恆定的直流電轉化成一定頻率的脈衝信號，從而實現磁場交變，帶動鋁片振動發音。但是在某些有源蜂鳴器在特定的交流信號下也可以工作，只是對交流信號的電壓和頻率要求很高，此種工作方式一般不採用。
（2）無源蜂鳴器（Passive Buzzer）在字義上說，即不帶振盪源，在沒有振盪電路情況下接上直流電，因輸出電壓沒有變化，蜂鳴器片仍然保持沉默，所以我們需從外接振盪器。看似不方便，但亦有其優點。首先，零件數量少，售價較低是常識吧！其次，我們可脫離一般蜂鳴器只可發出單音的侷限，自由控制輸出聲音頻率，便可透過編程寫出不同音階和延續時間，合成一首旋律美妙的音樂。無源蜂鳴器沒有內部驅動電路，有些公司和工廠稱爲訊響器，國標中稱爲聲響器。無源蜂鳴器工作的理想信號方波。如果給予直流信號蜂鳴器是不響應的，因爲磁路恆定，鉬片不能振動發音。
（3）蜂鳴器模塊電原理圖
（4）有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的區分
方法一：
從外觀上看，兩種蜂鳴器好像一樣，但仔細看，兩者的高度略有區別（只是一部分），有源蜂鳴器的高度爲9mm，而無源蜂鳴器的高度爲8mm。如將兩種蜂鳴器的引腳都朝上放置時，可以看出有綠色電路板的一種是無源蜂鳴器，沒有電路板而用黑膠封閉的一種是有源蜂鳴器。
方法二：
並一步判斷有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，還可以用萬用表電阻檔Rxl檔測試：用黑表筆接蜂鳴器 “+”引腳，紅表筆在另一引腳上來回碰觸，如果觸發出咔、咔聲的且電阻只有8Ω(或16Ω)的是無源蜂鳴器；如果能發出持續聲音的，且電阻在幾百歐以上的，是有源蜂鳴器。
方法三：
有源蜂鳴器直接接上額定電源就可連續發聲；而無源蜂鳴器則和電磁揚聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發聲。
7、蜂鳴器主要規格
（1）頻率響應，蜂鳴器在給定頻率下產生聲音的效率。
（2）聲壓級（單位dB Pa），聲壓級 SPL 是由聲波引起的與大氣壓力的偏差，以分貝帕斯卡表示。它通常與輸入電壓成正比，當與蜂鳴器的距離增加一倍時衰減 6 dB。
（3）共振頻率（單位F0 Hz），所有事物都有特定的振動頻率。這個頻率稱爲共振頻率。對於蜂鳴器，諧振頻率是它們發出最大聲音的頻率。
（4）阻抗（單位歐姆），電阻抗是施加電壓與電流的比值。電阻抗隨頻率變化。
蜂鳴器模塊的實驗環境
一、蜂鳴器模塊實驗所需硬件清單
打火機X1
按鍵開關模塊X1
震動傳感器模塊X1
火焰傳感器模塊X1
Arduino Uno開發板 X1
光敏電阻傳感器模塊X1
杜邦線 若干（備了9條）
HC-RS04超聲波傳感器模塊X1
LED發光二極管（綠、藍色）X2
有源蜂鳴器（低電平觸發）模塊X1
有源蜂鳴器（高電平觸發）模塊X1
無源蜂鳴器（低電平觸發）模塊X1
Proto Shield 原型擴展板（帶mini麪包板）X1
