【ESP32專欄】用 DigitalRead 功能製作「來客通知器」

Posted By 尤濬哲 on 8 月 4, 2020 in ESP32, 教學文 | 0 comments

作者：尤濬哲

本篇我們要利用ESP32的數位讀取(digitalRead)來製作來客通知器，也就是「當有人經過時會亮紅燈，沒人經過時亮綠燈」，本篇會結合數位寫入digitalWrite功能，並使用紅色、綠色LED顯示狀態。

數位讀取也稱為數位輸入、數位感測等，都是代表這種方式只能讀取狀態，而數位則代表狀態只有LOW或是HIGH兩種狀況，例如人體紅外線(SR-501模組)裝置只會提供”有人”(HIGH)或者”無人”(LOW)。相對數位讀取另外一種則是類比讀取AnalogRead，例如雨滴感測來說，它會提供雨滴大小的可能數值，ESP32來說就是介於0-4095之間，而0代表雨滴非常多、4095則代表目前是乾的，但可能也會讀到數值=1200之類，代表雨滴不大也不小，這單元則於下一節介紹。

至於使用者會疑惑哪些感測器是數位還是類比讀取？則必須查該感測模組的格文件或者詢問賣家，當然也可以靠經驗，例如上述的雨滴、瓦斯氣體(mq系列)、土壤…等等都是類比，而人體、觸控則是數位；有些模組則會兩種都提供，例如瓦斯氣體感測有提供DO(Digital Out)及AO(Analog Out)腳位，若是選擇使用DO則程式使用數位讀取(digitalRead)，若是接在AO是選擇類比讀取(Analog)，這部份會於後續介紹。

一、材料準備

要製作來客通知器除了主板ESP32及紅、綠LED之外，我們還需要人體紅外線(PIR SR-501)感應器如下圖。

PIR SR-501

SR-501的感應參數如下圖：

S501的感應角度大概110度，感應距離大概3-7公尺

另外一個要注意的部份就是SR-501的兩個旋鈕用途及腳位，如下圖：

SR-501電路板介面與控制功能

功能特色如下：

敏感度旋鈕：調整感應的距離，從3公尺到7公尺左右。
時間延遲旋鈕：觸發後，要多少要持續HIGH多久時間，調整範圍是3秒-300秒左右，建議逆時針轉到底，減少持續時間到3秒左右
VCC：供電端，使用5V或3.3V皆可
OUT：訊號輸出，輸出到指定GPIO，LOW或HIGH
GND：接地端，接到GND
觸發模式：採連續觸發或間段觸發，這裡建議保持在LOW的位置

由於一般上課都在教室內，教室內到處都是人體所散發的紅外線，因此經常會有神奇的觸發現象，筆者建議將兩個旋鈕全部逆時針轉到底，以降低敏感度及持續時間。

市面上SR-501廠家眾多，但有些廠家並未標明VCC、OUT、GND等腳位，不過其實是因為他們是標在正面，也就是白色橢圓形內部，建議拆開檢查確認腳位，若插錯正負級會導致零件故障。而白色橢圓形的功能是用來收集更多的紅外線，讓它感應範圍更廣。

VCC、OUT、GND等腳位需拆開白色橢圓形才能確認

二、ESP32線路佈置

先接好三色LED在麵包板右側序號為4、5、7的位置，而這對應的是GPIO15、2、4，再將5V及GND引入麵包板右側正負電符號的直排，這篇我們須再接上SR-501，我們利用公母杜邦線將SR-501的OUT線對接在右8，也就是GPIO16，VCC則接5V，GND接GND，完整佈線圖如下：

完整佈線圖

看到這裡，有些學過ESP8266或Arduino UNO的人會有疑問的是，ESP32要怎麼區分數位、類比腳位？因為傳統UNO及8266都有分數位腳位或類比，數位感測器必須插在數位腳上，類比感測必須插在類比腳位（如下圖）。

Arduino的數位腳位在上，類比腳位在下

然而ESP32最大的特色就是他的腳位不分數位類比，只要在程式中寫明數位讀取或類比讀取即可，不過感測必須使用ADC腳位（粉紅標示），相關說明請參閱：ESP32 Arduino開發環境架設。

三、撰寫程式

1.簡易SR-501測試

首先我們先測試SR-501是否正常，每一秒檢測一次是否有人經過，當感應到紅外線時，在序列視窗顯示「Coming」，沒有感測到時，則顯示「None」。

數位感測用的是digitalRead(腳位編號)，而輸出的值也只有HIGH或LOW兩種狀況，因此可以利用digitalRead(16) == HIGH來判斷是否有人經過。範例程式如下：


void setup() {

  //setup設定，只執行一次

  Serial.begin(115200);

  pinMode(16, INPUT); //宣告GPIO 16作為輸入（人體紅外線SR-501）

}

void loop() {

  //loop迴圈，重複執行不停止

  if (digitalRead(16) == HIGH) {

    Serial.println("Coming");//偵測到有人經過

  }

  else {

    Serial.println("None");//偵測無人經過

  }

  delay(1000);//休息1秒

}

2.以LED顯示

接下來我們來整合SR-505及紅綠LED，當有人經過時，顯示紅燈，無人經過時，顯示綠燈。範例程式如下：


void setup() {

  //setup設定，只執行一次

  Serial.begin(115200);

  pinMode(16, INPUT); //宣告GPIO 16作為輸入（人體紅外線SR-501）

  pinMode(4, OUTPUT); //宣告GPIO 4作為輸出（紅LED）

  pinMode(15, OUTPUT); //宣告GPIO 15作為輸出（綠LED）

}

void loop() {

  //loop迴圈，重複執行不停止

  if (digitalRead(16) == HIGH) {

    Serial.println("Coming");//偵測到有人經過

    digitalWrite(4, HIGH); //亮紅燈

    digitalWrite(15, LOW); //關綠燈

  }

  else {

    Serial.println("None");//偵測無人經過

    digitalWrite(4, LOW); //關紅燈

    digitalWrite(15, HIGH); //亮綠燈

  }

  delay(1000);

}