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(chǔ)
快速回顧
讓我們先回顧上節(jié)課的內(nèi)容。
電路是由導體和元件組成的回路，電流可以在其中流動。電路有三種狀態(tài)：通路，開路（某處斷開）和短路。
閉合回路在同一點開始和結(jié)束，形成一個完整的循環(huán)，允許電力不間斷地從（+）電源流到（ - ）地。短路是指，電路中有很大電流流過，但不流過負載，負載不起作用。
電路圖通過符號表示電子元件及其位置。
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。更復雜的電路則需要用基爾霍夫定律。
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。除了通路、開路和短路，電路還有其他的分類方法。
比如，從構(gòu)成來分，可以分為電氣電路和電子電路兩大類。電氣電路由電阻、線圈、電容組成。電子電路除了電阻、線圈和電容之外，還包括晶體管和二極管等半導體元件。
按照功能來分，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）。集成電路的一種，輸入輸出互不影響。
邏輯電路：計算加法、乘法、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？
在初學電子電路知識時，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，不是不可能，但是沒必要。我們需要提醒自己，學習電路的目標是做出自己需要的東西，帶有功能和互動的裝置。
電子元件雖然名目繁多，但是從用途來分，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。
輸入類元件幫助我們感知和獲取環(huán)境中的信息/狀態(tài)，輸出類元件負責向環(huán)境施加影響，例如展示數(shù)字/圖像、移動物體等等。
想象一下人體，可以類比為裝備著強大輸入輸出設(shè)備的智能體。輸入設(shè)備包括眼睛、鼻子、耳朵、皮膚等，可以感知并接收圖像、運動物體、聲音、氣味、壓力等等復雜多樣的信息。而輸出設(shè)備包括嘴巴、身體關(guān)節(jié)和肌肉等，可以發(fā)出聲音、做動作、移動物體等等。
當然，電子元件能夠做的事情就更多了，比如，測量土壤濕度、測量脈搏、獲取藍牙信號等等。這些由各顯神通的元器件來實現(xiàn)。
輸入設(shè)備
我們借助輸入設(shè)備，實時獲取環(huán)境中的各種信息。
開關(guān)
開關(guān)也是一種設(shè)備？沒錯，電路本身就是一個小環(huán)境，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。(聰明的你應(yīng)該意識到，開關(guān)同時也是一種輸出設(shè)備)
不要小看了開關(guān)，它有多種類型，可以控制多種狀態(tài)。比如有按鈕類型的，toggle 類型的，還有開關(guān)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(luò)，或者做語音識別)。猜猜看，這類元件價格是多少？
距離
超聲波傳感器的本領(lǐng)，是不斷發(fā)出探測距離的超聲波，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，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，也就是阻值隨著亮度發(fā)生變化。
圖像
想要識別物體，首先要獲取圖像。攝像頭就是最常見的設(shè)備。現(xiàn)在的攝像頭已經(jīng)做到體積微小、成像高清。
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。
磁場
我們常見的磁鐵也是一種電子元件哦~
霍爾效應(yīng)傳感器也稱霍爾傳感器，是一個換能器，將變化的磁場轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化。
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，是檢測某個距離內(nèi)是否有人出現(xiàn)的紅外傳感器。
應(yīng)變計
應(yīng)變計是電阻隨作用力變化的傳感器；它將力、壓力、張力、重量等物理量轉(zhuǎn)化為電阻的變化，從而測量這些物理量。當外力作用于固定物體時，就會產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。物體內(nèi)部產(chǎn)生的（對外力的）反作用力即為應(yīng)力，產(chǎn)生的位移和形變即為應(yīng)變。
例如基于應(yīng)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。
加速計
加速計（accelerometer）也叫重力感應(yīng)器，是測量加速度的裝置。相對于遠距感測的裝置，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）。這有點類似于陀螺儀，但陀螺儀的更多關(guān)注自身旋轉(zhuǎn)情況，加速計則主要是測量受力情況，也就是三軸運動情況，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。三軸陀螺儀的工作原理，是通過測量三維坐標系內(nèi)陀螺轉(zhuǎn)子的垂直軸與設(shè)備之間的夾角，并計算角速度，通過夾角和角速度來判別物體在三維空間的運動狀態(tài)。三軸陀螺儀可以同時測定上、下、左、右、前、后等6個方向，最終可判斷出設(shè)備的移動軌跡和加速度。
常見的體感游戲機、手機里都有這種元件。
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。不過我們更常見的需求是用攝像頭識別某些東西，比如人臉、比如讓機器人擁有視力。所以，機器視覺相關(guān)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(lǐng)域，相關(guān)的算法一直在改進。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，許多機器視覺的應(yīng)用都是在它的基礎(chǔ)上改進實現(xiàn)的。
當然，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、可擴展、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，能通過簡單的訓練快速識別物體：
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輸出設(shè)備
看了這么多輸入元件，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。接著，我們處理這些信息，或者設(shè)定一些規(guī)則，達到某些條件的時候，就自動去做某些事情。這就是智能硬件的基本原理。并不難，對吧？
接下來我們就了解一下輸出設(shè)備，看看如果要對環(huán)境施加影響，我們都有哪些能力可以使用。
LED
嚴格來說，單個 LED 不算一類輸出設(shè)備。但是它實在太常用了，而且多個 LED 組合起來，就可以成為可能性無窮的輸出顯示屏。
LCD
跟 LED 對應(yīng)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(shè)備有了，接下來是聽覺。那就是各種揚聲器，也就是喇叭了。
電機/馬達
聽和看都有了，那么接下來就是運動了。運動涉及到物理位移，我們需要借助電機來完成。
電機有非常多種，分類也各不相同，比如直流電機（DC Moter）和交流電機。
在 DIY 裝置中，常用到伺服電機、步進電機和舵機這幾種。
伺服電機：閉環(huán)控制，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)。
[圖片上傳失敗...(image-b2e39f-1553611455224)]
步進電機：開環(huán)控制，接收的是電脈沖信號，根據(jù)信號數(shù)量轉(zhuǎn)過相應(yīng)的步距角（角位移）。
舵機：是伺服電機在航模、小型機器人等領(lǐng)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，頭有點昏。不要緊，在動手實踐過程中會慢慢加深了解的。
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！
輸入+Arduino+輸出 可以實現(xiàn)無數(shù)的組合，只要你愿意細心查看元件的說明，按照電路的原理去設(shè)計接線，使用 tinkercad 等工具來模擬和檢查電路，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。
嗯，理論只是理論。在實際動手的過程中，我們還會遇到這樣那樣的問題，可能是搞不懂某個元件的工作原理，可能電路總是出問題，可能是編程很吃力。這些都是成為 Maker 的過程中必不可少的鍛煉。別忘記，我們還有 instructables、Arduino 等網(wǎng)站和社區(qū)，上面有海量的例子、項目和資料，是我們折騰路上很好的陪伴。
接下來就開始撲騰吧！享受淹沒在新知中的缺氧感，享受遇到問題解決問題的痛苦，享受打完大小 boss 通關(guān)后的成就感。不要忘記跟大家分享你的點滴心得~
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