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接著, 我們開始來進行一系列的基本實驗和練習,
一方面藉著這樣的機會熟悉 arduino 的開發環境, 學習使用 arduino 的程式語言 (其實就是 C++);
另一方面也開始學習各種 sensors (感測器, 或者中國的說法: 傳感器)的特性和使用技巧.
一開始, 當然要從簡單的開始, 想來想去, 當然就是簡單又便宜的 熱敏電阻 (thermistor).
熱敏電阻 顧名思義, 就是對熱很敏感的電阻, 當溫度變化時, 熱敏電阻的電阻值會跟著有明顯的變化,
一般的電阻其實阻值也會跟著溫度而變化, 只是變化沒這麼明顯.
先簡單的了解一下熱敏電阻:
那, 熱敏電阻的阻值是如何隨著溫度而變化的呢? 一般而言, 金屬的電阻值會隨著溫度的升高而變高,
這是因為溫度升高時, 金屬原子會開始明顯震動, 造成自由電子在其中運動困難, 因此電阻升高,
此即為正溫度係數; 但是半導體的電阻特性和導體不同, 溫度升高時, 電阻反而下降, 這是因為半導體的傳導原理是靠電子和電洞, 溫度升高時半導體內的電子和電洞數量增加, 提高其導電性, 因此電阻反下降, 此即為負溫度係數.
以下摘自 Wikipedia
導電體
上式中的 a 稱為電阻的溫度係數。
半導體
未經摻雜的半導體的電阻隨溫度而下降，兩者成幾何關係：
有摻雜的半導體變化較為複雜。當溫度從絕對零度上 升，半導體的電阻先是減少，到了絕大部份的帶電粒子 (電子或電洞/電洞) 離開了它們的載體後，電阻會因帶電粒子的活動力下降而隨溫度稍為上升。當溫度升得更高，半導體會產生新的載體 (和未經摻雜的半導體一樣) ，原有的載體 (因滲雜而產生者) 重要性下降，於是電阻會再度下降。
如果想了解更多, 可參考 Wikipeia (thermistor).
本文用的是 負溫度係數 的熱敏電阻.
照片中, 圓餅型灰色的元件就是熱敏電阻. 另外那顆 510 Ω 是拿來做分壓用的串聯電阻.
利用歐姆定律和分壓原理, 要知道熱敏電阻的阻值變化, 可以藉量測由其兩端的電位差(也就是電壓)得到, 也就是串連一顆電阻後, 利用 arduino 的 analog input pin (類比輸入腳, 在這裡, 用的是 A0) 量測熱敏電阻兩端的電壓值便可. 電路夠簡單了吧!
為了方便觀察電壓值的變化, 同時也用了三用電表夾在敏電阻兩端.
三用電表夾的正端夾在高電位端, 也就是比較接近 5V 的那端.
換個角度看.
這是室溫時量到的電壓, 4.34V.
用手將熱敏電阻按住一會兒後, 量到的電壓, 4.27V.
因為電阻降低了, 所以熱敏電阻兩端的電壓就跟著下降了. 但是變化只有 0.7V, 似乎不是很大.
這是 arduino 的程式 (sketch).
這是溫度上升中的電壓變化. 縱軸代表 Vntc. 這個顯示程式是用 Processing 寫的.
這也是溫度上升中的電壓變化.
這是溫度下降中的電壓變化. 縱軸代表 Vntc.
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