嵌入式硬件篇---模塊使用

在電子開發、自動化控制等領域，“模塊” 是實現特定功能的標準化組件（可以理解為 “功能積木”）。不同模塊分工明確，比如有的負責感知環境（傳感器），有的負責通信（藍牙 / WiFi），有的負責執行動作（電機驅動）。下面詳細介紹常用模塊類型，并說明如何從說明書中提取關鍵信息。

一、常用電子模塊分類及典型示例

按功能可分為以下幾類，每類都有其核心用途和典型產品：

1. 控制類模塊（“大腦” 模塊）

功能：負責邏輯運算、指令發送，相當于系統的 “大腦”。
典型模塊：

ESP32/ESP8266 模塊：帶 WiFi 和藍牙，適合物聯網開發，性價比高。
Arduino Nano/UNO 模塊：入門級控制器，兼容性強，適合新手。
STM32 模塊：高性能單片機，適合工業級控制（如精密儀器）。
Raspberry Pi Pico：低成本微處理器，支持 Python 編程，適合快速開發。

應用場景：所有需要 “做決策” 的場景（如智能家居控制、機器人導航）。

2. 傳感器模塊（“感知” 模塊）

功能：將物理量（溫度、距離、光線等）轉化為電信號，讓系統 “感知環境”。
典型模塊：

溫濕度傳感器：DHT11（精度低、便宜）、SHT30（高精度、I2C 通信）。
距離傳感器：HC-SR04（超聲波，測 2cm-4m）、VL53L0X（激光，高精度，適合短距離）。
光線傳感器：BH1750（測光照強度，I2C 通信）、光敏電阻模塊（模擬輸出，簡單便宜）。
氣體傳感器：MQ-2（測煙霧、液化氣）、MQ-135（測甲醛、CO2 等多種氣體）。
運動傳感器：MPU6050（加速度 + 陀螺儀，測運動姿態）、PIR 紅外人體感應模塊（檢測是否有人）。

應用場景：環境監測（溫濕度、空氣質量）、安防（人體感應）、機器人避障（距離檢測）等。

3. 執行器模塊（“動作” 模塊）

功能：接收控制信號，執行具體動作（轉動、開關、發光等）。
典型模塊：

電機驅動模塊：L298N（驅動直流電機，大電流）、A4988（驅動步進電機，精準）。
繼電器模塊：5V 繼電器（控制高電壓設備，如燈泡、水泵，實現 “弱電控強電”）。
舵機模塊：SG90（小角度轉動，如機械臂關節、攝像頭云臺）。
LED 驅動模塊：WS2812B（可編程彩色 LED，實現流水燈、呼吸燈效果）。

應用場景：機器人移動、智能家居開關、自動化設備動作控制。

4. 通信類模塊（“傳遞信息” 模塊）

功能：實現設備之間或設備與服務器之間的數據傳輸。
典型模塊：

短距離無線：HC-05（藍牙模塊，傳數據給手機）、NRF24L01（2.4G 無線，適合設備間點對點通信）。
遠距離無線：LoRa 模塊（如 SX1278，千米級距離，低功耗，適合農業監測）、NB-IoT 模塊（廣域網，直接連基站，適合戶外設備）。
有線通信：RS485 模塊（工業總線，長距離有線傳輸）、USB 轉 TTL 模塊（連接電腦和單片機，調試用）。

應用場景：物聯網數據上傳（如溫濕度傳到云端）、設備間協同（如兩個機器人通信）。

5. 電源類模塊（“供電” 模塊）

功能：提供穩定電壓 / 電流，保證其他模塊正常工作。
典型模塊：

DC-DC 降壓模塊：LM1117-3.3V（將 5V 轉為 3.3V，給 ESP32 等 3.3V 設備供電）、MP2307（大電流降壓，適合電機供電）。
鋰電池充電模塊：TP4056（給 18650 鋰電池充電，帶保護功能）。
電源模塊：220V 轉 5V/12V（將家用交流電轉為低壓直流電，給整個系統供電）。

關鍵作用：避免因電壓不穩燒壞模塊（比如 ESP32 接 5V 會燒壞，必須用 3.3V）。

6. 顯示類模塊（“輸出信息” 模塊）

功能：將數據可視化（顯示文字、圖像、數值）。
典型模塊：

OLED 模塊：0.96 寸 I2C OLED（顯示字符、簡單圖形，功耗低）。
LCD 模塊：LCD1602（字符型，顯示文字，適合顯示溫度、時間）、TFT 彩屏（顯示圖像、彩色界面，如游戲機屏幕）。
數碼管模塊：4 位共陽 / 共陰數碼管（顯示數字，如計數器、時鐘）。

應用場景：設備狀態顯示（如 “當前溫度 25℃”）、交互界面（如選擇菜單）。

二、如何從說明書中提取關鍵信息？

拿到一個新模塊，說明書是最重要的 “使用指南”。新手常因看不懂說明書而卡殼，其實只需聚焦以下核心信息，就能快速上手：

1. 先看 “基本參數”：避免模塊損壞的關鍵

這是最優先看的部分，直接關系到模塊是否會被燒壞。重點關注：

供電電壓 / 電流：
- 例：ESP32 模塊說明書標注 “工作電壓：3.3V，最大電流：500mA”—— 意味著必須接 3.3V 電源，接 5V 會燒；供電電源至少能提供 500mA 電流（否則可能死機）。
- 例：繼電器模塊標注 “控制電壓：5V，負載電壓：250V AC/30V DC”—— 控制端接 5V（接單片機的 5V 引腳），而它控制的設備（如燈泡）可以是 220V 交流電。
通信方式：
- 數字信號（高低電平）、模擬信號（電壓變化）、I2C（兩根線：SDA/SCL）、SPI（四根線：MOSI/MISO/SCK/CS）、UART（兩根線：TX/RX，需注意波特率）。
- 例：DHT11 說明書標注 “通信方式：單總線”—— 只需一根線接單片機 GPIO，不用復雜接線。

2. 再看 “引腳定義”：知道怎么接線

模塊的引腳是連接其他設備的 “接口”，說明書會明確每個引腳的功能，比如：

電源引腳：VCC（正極）、GND（負極，必須接）。
信號引腳：如 “Trig”（HC-SR04 的觸發引腳）、“Echo”（回響引腳）；“SDA”（I2C 數據引腳）、“SCL”（I2C 時鐘引腳）。
注意：部分引腳可能有多種功能（如 ESP32 的 GPIO14 既可以做普通輸入輸出，也可以做 SPI 的 CLK），但新手先按 “默認功能” 用即可。

示例：OLED 模塊引腳定義

引腳	功能
VCC	供電正極（3.3V/5V，看說明書支持哪種）
GND	接地
SDA	I2C 數據線
SCL	I2C 時鐘線

3. 看 “功能說明”：知道模塊能做什么、怎么控制

這部分會說明模塊的核心功能和控制邏輯，比如：

傳感器模塊：輸出信號類型（數字量 / 模擬量）、測量范圍（如 DHT11“溫度測量范圍：0-50℃”）、精度（如 “±2℃”）。
執行器模塊：控制方式（如舵機 “通過 PWM 信號控制角度，脈沖周期 20ms，高電平時間 0.5-2.5ms 對應 0-180 度”）。
通信模塊：波特率（如 HC-05 藍牙 “默認波特率 9600”）、通信協議（如 “發送 AT 指令配置名稱”）。

示例：HC-SR04 超聲波模塊功能說明
“工作原理：給 Trig 引腳一個 10us 以上的高電平，模塊會發送 8 個 40kHz 超聲波，Echo 引腳會輸出高電平，高電平持續時間對應超聲波往返時間（距離 = 時間 ×340m/s÷2）。”

4. 看 “接線示例”：照貓畫虎，快速測試

多數說明書會提供簡單的接線圖（比如 “模塊 + Arduino” 的連接方式），直接按圖接線即可避免錯誤。
例：DHT11 接 Arduino 的接線圖

DHT11 的 VCC 接 Arduino 的 5V
DHT11 的 GND 接 Arduino 的 GND
DHT11 的 DATA（信號腳）接 Arduino 的 D2 引腳

5. 看 “注意事項”：避坑指南

這部分是 “保命條款”，比如：

電源反接會燒模塊（“VCC 和 GND 不可接反”）。
傳感器模塊避免劇烈震動（如 “MPU6050 需水平安裝，避免碰撞”）。
通信模塊需匹配波特率（“若通信失敗，檢查波特率是否與控制器一致”）。

6. 看 “通信協議 / 示例代碼”：實現復雜功能

如果需要用代碼控制模塊，說明書可能會提供協議細節或示例代碼（如 Arduino 庫、函數調用方法）。
例：OLED 模塊的示例代碼片段（使用 Adafruit 庫）：

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, -1); // 初始化OLEDvoid setup() {display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // 0x3C是I2C地址（說明書會標注）display.clearDisplay();display.setTextSize(1);display.setTextColor(SSD1306_WHITE);display.setCursor(0, 0);display.print("Hello, World!"); // 顯示文字display.display();
}