Arduino入门教程 06—报警器

这里我们要接触一个新的电子元件——蜂鸣器，从字面意思就可以知道，这是一个会发声的元件。这次做一个报警器，通过连接蜂鸣器到Arduino数字输出引脚，并配合相应的程序就可以产生报警器的声音。其原理是利用正弦波产生不同频率的声音。如果再结合一个LED，配合同样的正弦波产生灯光的话，就是一个完整的声光报警器了。

元件清单

硬件连接

按下图连接图连接，注意本项目蜂鸣器为无源蜂鸣器无正负之分。蜂鸣器的两个引脚分别接到GND和数字口8。

示例代码

输入下面的样例代码，这段代码引自《beginning-arduino》一书。

样例代码6-1：

//项目 - 报警器
float sinVal;
int toneVal;

void setup(){
     pinMode(8, OUTPUT);
}

void loop(){
     for(int x=0; x<180; x++){
          //将sin函数角度转化为弧度
            sinVal = (sin(x*(3.1412/180)));
            //将sin函数角度转化为弧度
            toneVal = 2000+(int(sinVal*1000));
            //用sin函数值产生声音的频率
            tone(8, toneVal);
            //将toneVal给引脚8
            delay(2); 
     }   
}

下载程序完成后，你会听到平滑的一高一低的报警声，如同汽车报警器。

代码回顾

首先，定义两个变量：

float sinVal;

int toneVal;

浮点型变量sinVal用来存储正弦值，正弦波呈现一个波浪形的变化，变化比较均匀，所以我们选用正弦波的变化来作为我们声音频率的变换，toneVal从sinVal变量中获得数值，并把它转换为所需要的频率。

这里用的是sin()函数，一个数学函数，可以算出一个角度的正弦值，这个函数采用弧度单位。如图2，当弧度位于区间0~π，也就是角度位于区间0~180度时，sin()值为正。因为我们不想让函数值出现负数，所以设置for循环在0~179之间，也就是0≤x＜180。

for(int x=0; x<180; x++)

函数sin()用的弧度单位，不是角度单位。要通过公式（3.1412/180）将角度转为弧度：

sinVal = (sin(x*(3.1412/180)));

这样sinVal的值将会根据角度的变化产生像波浪一样的起伏，之后，将这个值转变成相应的报警声音的频率：

toneVal = 2000+(int(sinVal*1000));

这里有个知识点——浮点型值转换为整型。
sinVal是个浮点型变量，也就是含小数点的值，而我们不希望频率出现小数点的，所以需要有一个浮点值转换为整型值得过程，也就是下面这句语句就完成了这件事：

int toneVal;

把sinVal乘以1000，转换为整型后再加上2000赋值给变量toneVal，现在toneVal就是一个适合声音频率了。
之后，我们用tone()函数把生成的这个频率给我们的蜂鸣器。

tone(8, toneVal);

下面我们来介绍一下tone相关的三个函数

1. tone(pin,frequency)
   Pin都是指连接到蜂鸣器的数字引脚，frequency是以Hz为单位的频率值。
2. tone(pin,frequency,duration)
   第二个函数，有个duration参数，它是以毫秒为单位，表示声音长度的参数。像第一个函数，如果没有指定duration，声音将一直持续直到输出一个不同频率的声音产生。
3. noTone(pin)
   noTone(pin)函数，结束该指定引脚上产生的声音。

硬件回顾

蜂鸣器

蜂鸣器其实就是一种会发声的电子元件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器区别

压电式蜂鸣器是以压电陶瓷的压电效应，来带动金属片的振动而发声。当受到外力导致压电材料发生形变时压电材料会产生电荷。电磁式的蜂鸣器，则是利用通电导体会产生磁场的特性，通电时将金属振动膜吸下，不通电时依振动膜的弹力弹回。不太明白也没太大关系，不影响我们使用。压电式蜂鸣器需要比较高的电压才能有足够的音压,一般建议为9V以上。电磁式蜂鸣器用1.5V就可以发出85dB以上的音压了，但消耗电流会大大的高于压电式蜂鸣器。所以还是建议初学者使用电磁式蜂鸣器。

有源蜂鸣器和无源蜂鸣器区别

无论是压电式蜂鸣器还是电磁式蜂鸣器，都有有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种区分。
有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的根本区别是输入信号的要求不一样。这里的“源”不是指电源，而是指振荡源，有源蜂鸣器内部带振荡源，说白了就是只要一通电就会响。而无源内部不带震荡源，所以如果仅用直流信号无法使其响，必须用2K-5K的方波去驱动它。
从外观上看，有源无源的区别在于，有源蜂鸣器有长短脚，也就是所谓正负极，长脚为正极，短脚为负极。而无源蜂鸣器则没有正负极，两个引脚长度相同。

在套件中，我们为初学者选用的蜂鸣器类型是无源蜂鸣器，可以演奏出不同的音乐效果。
蜂鸣器的应用有很多，我们也可以就蜂鸣器做一些好玩的东西，比如常见的会结合蜂鸣器的有，红外传感器，超声波传感器，用于监测物体靠近报警。温度传感器，测到温度过高报警。气体传感器，有气体泄漏报警等等。除了报警，还可以用来作为乐器，通过不同频率，调成乐谱的不同调式，是不是很amazing？

课后练习

1. 结合红色LED灯做一个完整的报警器。
   提示：可以让LED也随着sin函数变化，使声音与灯光节奏保持一致。

2. 结合【交通信号灯】中介绍的按钮，做个简易门铃的效果，每次按下按钮，蜂鸣器发出提示音。