圖3-6展示了乙個典型的可以用於發聲的壓電換能器，它與那些在**賀卡中使用的類似。
它們是如何工作的？術語壓電的意思就是「由壓力產生電流」。當乙個壓電裝置受到擠壓時，它就會產生乙個電荷，如圖3-7所示。換能器在與arduino一起使用時的乙個典型應用就是將其作為敲擊感測器。
當換能器受到擊打或碰撞時，arduino就可以檢測到，並觸發相應的動作，比如點亮乙個led或者用揚聲器發出乙個聲響。
相反地，當乙個電荷施加到壓電換能器上時，它就會發生形變，如圖3-8所示。如果你對其施加乙個以一定頻率變化的電壓，換能器的振動就會使其發出聲音或者旋律。用在**賀卡或者蜂鳴器中的壓電換能器正是在這種模式下工作。
正如你所看到的那樣，乙個壓電換能器既可以作為輸入裝置，也可以作為輸出裝置。以壓電換能器為核心的聲吶裝置，就以這樣的方式發出乙個聲音頻號並接收回聲。這就是潛艇電影中最讓人熟悉的經典探測音。通過測定探測音從發出到接收到回聲的時間，就可以計算出距離目標有多遠。我們將在第6章講解另外乙個示例，那時會將devantech srf05作為測距儀。
現在你已經對壓電換能器有了乙個大概的了解，並知道了它如何工作，下面就要將壓電換能器作為乙個敲擊感測器了。當arduino檢測到敲擊感測器受到擊打或者碰撞時，它就會點亮乙個led。
對於這個專案，你需要下列元件：
你要使用乙個不帶外殼的壓電換能器，這會比帶外殼的效果更好。
受到敲擊時，壓電換能器會產生非常高的電壓，足以對arduino造成損壞。穩壓二極體可以保護arduino免受高電壓的損壞，而電阻的作用是洩放來自換能器的高電壓。
圖3-9展示了完整的電路圖。注意穩壓二極體的的方向，還有如何將其與電阻和壓電換能器併聯。
現在你已經看過了電路圖，可以在麵包板上組裝這個電路了。
電路除了arduino以外還有3個主要元件：乙個5.1 v的穩壓二極體，乙個1 mω的電阻和乙個壓電換能器。
如前文所述，穩壓二極體和電阻都併聯在壓電換能器上。
下面就可以將器件安放到麵包板上了，要特別注意壓電換能器的極性，極性可以通過由低熔點焊料焊接在上面的一紅一黑兩條線來區分。黑線連線到電路中的gnd部分，紅色連線到arduino的模擬輸入引腳a0。
穩壓二極體需要以正確的方式連線才能保護arduino的模擬輸入端電壓不超過5 v。按照慣例，在二極體的陰極或者負極，一般會設計有一條黑色的條紋，這一極會被連線到gnd，但在你的電路中，你要將二極體反向偏置，也就是將二極體的陰極連線到電路的正極。穩壓二極體的工作原理是，只在超過反向擊穿電壓的時候導通，在本例中擊穿電壓是5.1 v。任何超過5.1 v的電壓都會導致二極體反嚮導通並與gnd短路，從而保護arduino的輸入端。
當這三個元件都連線到麵包板上之後，你最終就可以連線arduino的gnd和模擬輸入端a0了。圖3-10展示了組裝完成後的電路，包括到arduino的連線。
當所有器件組裝完畢並連線到arduino之後，你就可以開始寫程式來讓arduino與壓電換能器協作了。
二極體
二極體是一種雙端器件，電流沿乙個方向流過時電阻很小，而沿另乙個方向流過時電阻很大（理想情況下是無窮大）。穩壓二極體是一種特殊的二極體，它被設計成在超過擊穿電壓（膝點電壓）時允許電流反向通過。
接著，你將arduino連線到usb介面，燒寫你的程式並啟動串列埠監視器。最初，串列埠監視器應該只輸出0值。現在，嘗試著輕輕敲打或擠壓換能器，然後觀察感測器的數值如何改變。乙個典型的輸出如圖3-11所示。
當換能器受到擊打時，這個數值會快速攀公升到最大值，然後跌落回0。不同的數值反映了換能器受到擠壓或擊打的強烈程度，值越大說明其受到的擠壓越猛烈。如果什麼都沒觀測到，請檢查你的連線，尤其注意檢查換能器和穩壓二極體的方向。
下面你要修改程式，只把超過乙個既定閾值的資料列印出來。可以在現有的電位器程式上修改，也可以建立乙個新的程式。新版的程式見下列**清單，將這個程式儲存並命名為threshold。
**清單3-2 壓電換能器的閾值
在**清單3-2中，將閾值設定為200。在程式的迴圈中，只會輸出高於閾值的感測器數值。
接下來讓我們來測試這個程式。
在輸入程式清單3-2中的**後，校驗使其通過編譯，然後將它寫入到arduino中。開啟串列埠監視器，然後以不同的力度敲擊換能器。你會發現敲擊的力度越大，返回的感測器數值越高。圖3-12給出了一些示例輸出。
在本節中，你需要新增以下兩個器件：
圖3-13所示的電路在圖3-9的基礎上新增了揚聲器和電阻。
現在就把電路組裝到一塊麵包板上吧。
將揚聲器通過乙個1 kω電阻連線到8號數字引腳，這就完成了硬體連線。組裝完成後的電路如圖3-14所示。
我們需要在揚聲器上焊接兩根跳線，因為揚聲器原來的線太軟，以至於無法直接插入到麵包板上。如果你沒有焊接裝置，可以用一些絕緣膠帶將導線固定在跳線上，也可以使用鱷魚夾。
當所有的元件都連線好後，就可以編寫程式了。
**清單3-3給出了新程式的**，其中定義了3個新變數。
toneduration指定每個音階持續的時間，單位是毫秒（ms）。
speakerpin指定了揚聲器所連線到的引腳。
**清單3-3 用揚聲器產生乙個音階
在這個程式中，使用的是arduino內建的庫函式，tone，它接受3個引數。
tone (pin, frequency, duration)
notone(pin)
當程式順利通過編譯之後，將arduino連線到計算機並為它寫入程式。嘗試著敲擊壓電換能器，然後聽揚聲器是否發出了聲響。如果沒有發出聲音，請檢查所有的連線。
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