在深入原型化(prototype)物聯網時,輸入與輸出(Input and output I/O)是最基礎的須知。本文提供了電子輸出與輸入的基礎概念,以及范例及應用。有效的輸入與對應的輸出資料,電路才算完整運作,例如,設想有種小朋友的玩具,按鈕按下燈亮,放開按鈕燈滅。在這之中,感應器與致動器扮演重要的角色。感應器扮演輸入角色,其主要功能為接收真實世界的物理變化值,例如溫度、觸摸、壓力、濕度以及磁場。由于感應器可轉換將輸入能量轉換成輸出能量,因此它們亦被當作傳感器。輸出角色大致則由致動器擔當,他們可控制像是音響以及燈泡等硬體。
感應器與致動器依照可觀測的能量變化,五花八門的感應器因應而生。在許多專案中,經常可看到加速度感應器,它由光束組成,以電壓測量干擾,測得加速度的變化量。在眾多加速度感應器中,您可找到因應各種變化情境的感應器,例如電容(隨著加速度變化量會改變電容量)、壓電(使用微晶體決定電壓輸出量,轉換為加速度量)、霍爾效應(改變磁場)、磁阻效應(磁場改變)、熱傳、壓阻效應(電阻變化)。當您要購買專案的感應器時,記得其價格會隨著靈敏度、觀測范圍、精確度以及其他功能而有所變化。致動器自感應器獲取并處理資料(電子訊號),會在物理世界中產出變化量,因此它同時是個傳感器。伺服馬達、馬達以及蜂鳴器皆屬其分類。在更復雜的網絡中,您可擁有多組感應器以及致動器連接在同一個網絡里,資料搜集與協調可以在感應器對感應器、感應器對致動器、致動器對致動器之間調整。
您可找到許多針對感應器與致動器設計的應用程式。在健康領域,血糖儀是由測量病患血糖含量之生物感應器組裝而成,化學傳感器(輸入)以微型泵浦(輸出)觸發胰島素的釋放,圖一為聲音感應器(輸入)轉換聲音成為電子波動至揚聲器(輸出)之輸入輸出(I/O) 應用情境。
流程從輸入開始,接著將物理能量轉換成電子波動,接著導入物理輸出(聲音)。圖一中,感應器與制動器連接在 Intel Edison board,其可完美將物理觀察到的聲音傳送至揚聲器輸出。
圖一 聲音的輸入與輸出
當感應器偵測到一個或多個信號(輸入),會為致動器轉換信號為類比或數位,以便于接收。類比訊號會隨著連續性變化,在圖中顯示通常是連續性的平滑曲線。數位訊號是精確的描述,途中如同階梯般鋒利,筆直的上升、以及筆直的下降。
如圖一范例,資料為類比。電子硬體以類比轉數位轉換器,處理了類比以及數位通訊。其促使微控制器連接類比感應器讀取類比電壓。圖二提供了數位與類比訊號的視覺呈現。亦有感應器設計為具備接收兩種訊號,加速度感應器及有此例,而光與聲音感應器則以接收類比訊號較常見。
圖二數位與類比信號種類
以Intel Edison Board 探索輸入與輸出讓我們深入了解輸入輸出在 Intel Edison board 是如何運作。
概括而說,輸入輸出腳位位于Arduino expansion board的邊上,如圖三。這些針腳是介于 Intel Edison board 與現實世界的物理介面:每個針腳代表著高(「on」模式,電壓變化)或低(「off」模式,無電壓)。您可結合base shield于針腳上,以連接感應器與致動器。在Intel Edison board上,I/O真腳資料紀錄在/sys/class/gpio的一個檔案中。由于這些針腳是雙向的,其目錄位在/sys/class/gpio/gpio
圖三 位于Intel Edison board 針腳
現在您對于I/O在專案中扮演的角色已經有了清楚的概念,讓我們深入了解一些在日常生活中會遇到的范例,該如何以Intel科技如 Intel Edison 或 Intel Galileo board 實現。
光感應器光度感應器是一種被動類比硬體,轉換光能源—包括可見與不可見光—成為電子訊號輸出。光感應器分為四種,端看他們如何輸入(光):光射、光導、光伏或光結。本文將聚焦于光導感應器,其電阻會隨著接受到的光變化,當光變強時,電流隨之增加。光敏電阻器(LDR)是一種被普遍使用的光導感應器,它會隨著光線的不同改變電阻,進而觸發行為。
較新的車會在周圍環境欠缺光線時,例如處于傍晚或是進入隧道,自動開啟燈光。另外也很相似的例子,您可以在家中插上夜燈,或是照亮戶外區域。您可靠LDR、電源供應(電池)、燈、電阻以及晶體管創造一個簡單的夜燈。您可透過增加其余程式碼至Intel Edison board 來擴充功能。
聲音感應器常見的的拍手聲控燈光,就是聲音感應器的最佳范例。該硬體由麥克風搜尋周遭的聲音(輸入),轉換成電子訊號并增強。濾波器(filter)會比對聲紋,進而卻認為拍手訊號。根據濾波器得出的結果,送出電子訊號至電源控制,決定連接在上的硬體開或關。
使用Intel Edison board及Arduino* extension board,加上揚聲器以及晶體管,您可建造拍手聲控器或敲門聲控器,如同「敲門門鎖偵測器」專案之范例。
結論您可用感應器來獲取資料,并用致動器結合它們,讓資料可實際轉換為物理動量,在現實世界輸出。感應器可在各種情境用上,如熱感器、光度感應器以及壓力感應器等,其種類繁多不及備載。透過將感應器與致動器接上 Intel Edison board 或 Intel Galileo board,可將資料轉換成輸出至致動器上。
附加閱讀至 Intel 開發者專區 感應器網站學習更多。至 Intel Edison board 網站學習更多。至 Intel Galileo board網站學習更多。探索 物聯網閘道器比較網站。至 Intel開發者專區網站了解更多物聯網開發相關資訊。
物聯網的輸出與輸入
責任編輯:editor006 | 2016-10-15 21:05:58 本文摘自:ioter