模拟信号处理ADC采集、DAC输出与温湿度光照传感器数据读取（嵌入式开发入门）

在嵌入式系统开发中，模拟信号处理是连接物理世界与数字系统的核心技术，其中ADC（模数转换）、DAC（数模转换）和传感器数据读取是最基础也最常用的技能组合。

一、模拟信号处理基础：ADC与DAC核心原理

1.1 ADC（模数转换器）：把模拟信号变成数字信号

ADC的核心作用是将连续变化的模拟信号（如传感器输出的电压、电流）转换为离散的数字信号，供单片机或处理器处理。比如温度传感器检测到25℃时输出1.25V电压，ADC会将这个电压值转换为对应的数字代码，让控制器能识别和计算。

关键工作流程：

采样：按固定时间间隔捕捉模拟信号的瞬时值（需满足奈奎斯特定理，采样频率≥2倍信号最高频率，避免信号失真）；
量化：将采样得到的模拟值映射到有限的数字等级（比如10位ADC可分成1024个等级）；
编码：将量化后的等级转换为二进制数字（如10位ADC对应0~1023的数值范围）。

核心性能参数：

分辨率：常见8位（0_{255）、10位（0}1023）、12位（0~4095），位数越高精度越高；
采样率：每秒采样次数（单位kHz/MHz），速率越高越能捕捉快速变化的信号；
输入范围：可接收的电压区间（通常由开发板供电电压或参考电压决定，如3.3V或5V）。

1.2 DAC（数模转换器）：把数字信号还原为模拟信号

DAC与ADC功能相反，负责将处理器输出的数字信号转换为连续的模拟信号，驱动外部模拟设备工作。比如将数字指令转换为电压信号，控制LED亮度、电机转速或扬声器发声。

关键工作流程：

解码：接收处理器输出的数字值，解读为对应的电压/电流等级；
重建：通过电阻网络（如R-2R梯形网络）生成模拟信号；
平滑：通过低通滤波器消除阶梯波形的高频噪声，输出连续信号。

核心性能参数：

分辨率：与ADC一致，决定输出模拟信号的精度（如12位DAC可输出4096种不同电压）；
输出范围：可输出的电压/电流区间（通常与参考电压相关）；
建立时间：输出信号稳定到目标值的时间，影响动态信号的响应速度。

1.3 传感器与模拟信号的关联

温度、湿度、光照等传感器是模拟信号的主要来源，其输出信号类型分为两种：

模拟输出型：直接输出0_5V电压或420mA电流（如部分温度传感器），需通过ADC转换后读取；
数字输出型：内置ADC模块，直接输出数字信号（如I2C协议的BH1750光照传感器），无需额外转换但需按协议读取。

选择传感器时需根据场景匹配：工业长距离传输优先4_{20mA电流型（抗干扰强），家庭/办公场景选数字型（部署便捷），传统工控系统可选0}5V电压型（兼容性好）。

二、实操：ADC采集完整步骤（以Arduino/ESP32为例）

ADC采集是传感器数据读取的基础，以下以“采集模拟电压信号”为例，讲解硬件接线、软件配置和代码实现。

2.1 硬件准备

主控板：Arduino UNO或ESP32开发板；
模拟信号源：电位器（或传感器模拟输出端）；
辅助器材：杜邦线3根、5V电源（可选）。

2.2 硬件接线

电位器VCC引脚 → 开发板5V引脚；
电位器GND引脚 → 开发板GND引脚；
电位器信号引脚 → 开发板ADC输入引脚（Arduino选A0_{A5，ESP32选GPIO36}GPIO39等ADC引脚）。

2.3 软件配置与代码实现

核心配置要点：

参考电压设置：默认使用开发板供电电压（Arduino UNO为5V，ESP32为3.3V），也可通过analogReference()函数设置内部或外部参考电压；
采样速度优化：Arduino默认ADC时钟为125kHz，可通过调整预分频器平衡速度与精度（推荐分频64，时钟250kHz）；
噪声抑制：在输入引脚并联0.1µF电容到GND，或采样时短暂关闭中断。

完整代码（含注释）：

void setup() {
  Serial.begin(9600); // 初始化串口通信（用于数据打印）
  // ADC配置：设置参考电压为默认5V，优化采样时钟
  analogReference(DEFAULT); 
  ADCSRA &= ~(bit(ADPS0) | bit(ADPS1) | bit(ADPS2)); // 清除预分频位
  ADCSRA |= bit(ADPS1) | bit(ADPS2); // 分频64，ADC时钟250kHz（平衡速度与精度）
}

void loop() {
  noInterrupts(); // 关闭中断，减少采样噪声
  int adcRaw = analogRead(A0); // 读取A0引脚ADC原始值（0~1023）
  interrupts(); // 恢复中断
  
  // 电压转换：ADC原始值 → 实际电压（5V参考电压）
  float voltage = adcRaw * (5.0 / 1023.0); 
  
  // 串口打印结果
  Serial.print("ADC原始值：");
  Serial.print(adcRaw);
  Serial.print(" | 实际电压：");
  Serial.print(voltage);
  Serial.println("V");
  
  delay(100); // 采样间隔（可根据需求调整）
}

2.4 数据验证与优化

打开串口监视器（波特率9600），旋转电位器可看到数值随电压变化；
若数据波动大：增加采样间隔、添加硬件滤波电容，或采用多次采样取平均值（如连续读取5次取中间值）；
若精度不足：更换12位ADC的开发板（如ESP32），或使用外部高精度ADC模块（如ADS1115）。

三、实操：DAC输出完整步骤（生成模拟波形）

DAC输出常用于驱动模拟设备，以下以“生成正弦波”为例，结合Arduino/ESP32讲解实操流程。

3.1 硬件准备

主控板：ESP32（内置DAC功能，Arduino UNO需外接DAC模块如MCP4725）；
输出设备：示波器（用于观察波形）、LED（用于简单验证）；
辅助器材：杜邦线2根、面包板1块。

3.2 硬件接线

ESP32 DAC输出引脚（GPIO25或GPIO26） → 示波器输入通道；
若接LED：需串联220Ω电阻（DAC输出引脚→电阻→LED→GND）。

3.3 软件配置与代码实现

核心配置要点：

ESP32内置12位DAC，输出电压范围0~3.3V；
波形生成：预计算正弦波采样点，通过循环输出实现连续波形；
频率控制：通过调整采样间隔控制波形频率（采样点越多波形越平滑）。

完整代码（生成1kHz正弦波）：

#include <math.h>

const int dacPin = 25; // ESP32 DAC输出引脚
const float freq = 1000; // 目标波形频率（1kHz）
const int samplesPerCycle = 255; // 每个周期采样点数（平滑度控制）
uint16_t sineTable[samplesPerCycle]; // 正弦波采样表

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  // 预计算正弦波采样值（映射-1~1到0~4095，适配12位DAC）
  for (int i = 0; i < samplesPerCycle; i++) {
    float angle = 2 * PI * i / samplesPerCycle;
    uint16_t val = 2048 + 2047 * sin(angle); // 中点2048，振幅2047
    sineTable[i] = constrain(val, 0, 4095); // 防止溢出
  }
  Serial.println("DAC正弦波输出开始...");
}

void loop() {
  static unsigned long lastTime = 0;
  static int index = 0;
  // 计算采样间隔（控制波形频率）
  unsigned long interval = 1000000 / (freq * samplesPerCycle); 
  
  if (micros() - lastTime >= interval) {
    dacWrite(dacPin, sineTable[index]); // DAC输出正弦波采样值
    index = (index + 1) % samplesPerCycle; // 循环采样表
    lastTime = micros();
  }
}

3.4 效果验证

用示波器连接DAC输出引脚，可观察到稳定的正弦波；
调整freq参数可改变波形频率，增加samplesPerCycle可提升波形平滑度；
若使用Arduino UNO：需外接MCP4725 DAC模块（I2C通信），通过adafruit_mcp4725库实现输出。

四、实操：温湿度/光照传感器数据读取

传感器数据读取是模拟信号处理的典型应用，以下选择3种常用传感器，讲解接线、协议配置和代码实现。

4.1 温度湿度传感器：DHT11（数字型，含内置ADC）

硬件准备：

传感器：DHT11（3针/4针版本）；
接线：VCC→5V，GND→GND，DATA→Arduino D4引脚（需串联10kΩ上拉电阻）。

代码实现（需安装DHT库）：

#include <DHT.h>

#define DHTPIN 4       // 数据引脚
#define DHTTYPE DHT11  // 传感器类型
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  dht.begin(); // 初始化传感器
  delay(1000); // 传感器启动延时
}

void loop() {
  // 读取温湿度（DHT11采样间隔≥1秒）
  float humidity = dht.readHumidity();
  float temperature = dht.readTemperature();
  
  // 数据校验（避免读取错误）
  if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
    Serial.println("传感器数据读取失败，请检查接线！");
    delay(1000);
    return;
  }
  
  // 打印结果
  Serial.print("湿度：");
  Serial.print(humidity);
  Serial.print("% | 温度：");
  Serial.print(temperature);
  Serial.println("℃");
  
  delay(2000); // 采样间隔2秒
}

4.2 光照传感器：BH1750（I2C数字型）

硬件准备：

传感器：BH1750；
接线：VCC→5V，GND→GND，SCL→Arduino A5，SDA→Arduino A4（I2C引脚）。

代码实现（需安装BH1750库）：

#include <Wire.h>
#include <BH1750.h>

BH1750 lightSensor; // 初始化传感器
uint16_t lightIntensity; // 光照强度（单位lx）

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  // 初始化传感器（1lx分辨率，采样时间120ms）
  if (!lightSensor.begin(BH1750::ONE_TIME_HIGH_RES_MODE)) {
    Serial.println("光照传感器初始化失败！");
    while (1); // 初始化失败则暂停
  }
}

void loop() {
  if (lightSensor.measurementReady()) {
    lightIntensity = lightSensor.readLightLevel(); // 读取光照强度
    Serial.print("光照强度：");
    Serial.print(lightIntensity);
    Serial.println(" lx");
  }
  
  // 重新启动测量（连续模式）
  lightSensor.startMeasurement(BH1750::CONTINUOUS_HIGH_RES_MODE);
  delay(200);
}

4.3 传感器数据校准与优化

温湿度校准：DHT11默认误差±2℃/±5%RH，可通过实际测量值修正（如temperature = temperature + 0.5）；
光照传感器：BH1750可切换分辨率模式（高分辨率适合弱光环境，低分辨率适合强光）；
抗干扰措施：工业环境中使用屏蔽线，远离电机、变频器等强电磁干扰源，或采用RS485总线组网。

五、综合项目案例：环境光控系统（ADC+DAC+传感器）

5.1 项目功能

通过BH1750读取光照强度，ADC采集传感器数据，DAC输出模拟电压控制LED亮度（光照越暗LED越亮，反之越暗）。

5.2 物料清单

主控板：ESP32；
传感器：BH1750光照传感器；
执行器：LED、220Ω电阻；
辅助器材：杜邦线、面包板。

5.3 硬件接线

BH1750：VCC→5V，GND→GND，SCL→GPIO22，SDA→GPIO21；
LED：ESP32 DAC引脚（GPIO25）→220Ω电阻→LED→GND。

5.4 完整代码

#include <Wire.h>
#include <BH1750.h>

BH1750 lightSensor;
const int dacPin = 25; // DAC输出引脚（控制LED）
uint16_t lightVal;
uint16_t dacVal;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  lightSensor.begin(BH1750::CONTINUOUS_HIGH_RES_MODE);
  pinMode(dacPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 读取光照强度
  if (lightSensor.measurementReady()) {
    lightVal = lightSensor.readLightLevel();
    
    // 光照强度映射为DAC值（光照越强，DAC值越小，LED越暗）
    dacVal = map(lightVal, 0, 1000, 4095, 500); // 0~1000lx对应500~4095DAC值
    dacVal = constrain(dacVal, 500, 4095); // 限制最小亮度（避免LED熄灭）
    
    dacWrite(dacPin, dacVal); // DAC输出控制LED
    
    // 打印状态
    Serial.print("光照：");
    Serial.print(lightVal);
    Serial.print("lx | DAC值：");
    Serial.print(dacVal);
    Serial.println(" | LED亮度：" + String(map(dacVal, 500, 4095, 10, 100)) + "%");
  }
  
  delay(300);
}

5.5 效果说明

打开串口监视器可查看光照强度、DAC值和LED亮度百分比；
用手遮挡传感器，光照强度降低，LED亮度自动增加；
移开遮挡物，光照强度升高，LED亮度自动减弱。

六、常见问题排查与进阶建议

6.1 常见问题解决

传感器读不到数据：检查电源电压（如DHT11需3.3~6V）、接线是否松动、通信协议是否匹配（如I2C引脚是否接对）；
ADC采集数据波动大：增加采样间隔、添加硬件滤波电容、采用多次采样取平均值，或远离干扰源；
DAC输出波形失真：减少采样间隔、增加采样点数、添加低通滤波器，或降低波形频率；
数据精度不足：更换更高分辨率的ADC/DAC模块、校准参考电压、优化传感器安装位置（如温度传感器远离热源）。

6.2 进阶学习方向

高精度采集：使用ADS1115（16位ADC）、MCP4725（12位DAC）等专用模块，提升数据精度；
抗干扰设计：工业场景采用差分信号传输、屏蔽线缆，或使用4~20mA电流型传感器；
多传感器组网：通过RS485或WiFi实现多个温湿度/光照传感器数据采集，构建分布式监测系统；
信号滤波算法：在软件中实现卡尔曼滤波、滑动平均滤波，进一步降低数据噪声。

模拟信号处理是嵌入式开发的核心技能，掌握ADC/DAC操作和传感器数据读取后，可拓展到音频处理、电机控制、工业自动化等更多场景。建议多动手实操，结合示波器、万用表等工具观察信号变化，加深对原理的理解。

要不要我帮你整理一份模拟信号处理常用模块选型清单，包含ADC/DAC模块、温湿度/光照传感器的型号、参数、适用场景和采购建议？# 模拟信号处理完整教程：ADC采集、DAC输出与温湿度光照传感器数据读取（嵌入式开发入门）
在嵌入式系统开发中，模拟信号处理是连接物理世界与数字系统的核心技术，其中ADC（模数转换）、DAC（数模转换）和传感器数据读取是最基础也最常用的技能组合。本教程从原理到实操，结合Arduino/ESP32开发板，手把手教你掌握模拟信号处理全流程，内容兼顾入门友好性与工程实用性，适合电子爱好者、嵌入式入门开发者参考。

一、模拟信号处理基础：ADC与DAC核心原理

1.1 ADC（模数转换器）：把模拟信号变成数字信号

关键工作流程：

采样：按固定时间间隔捕捉模拟信号的瞬时值（需满足奈奎斯特定理，采样频率≥2倍信号最高频率，避免信号失真）；
量化：将采样得到的模拟值映射到有限的数字等级（比如10位ADC可分成1024个等级）；
编码：将量化后的等级转换为二进制数字（如10位ADC对应0~1023的数值范围）。

核心性能参数：

分辨率：常见8位（0_{255）、10位（0}1023）、12位（0~4095），位数越高精度越高；
采样率：每秒采样次数（单位kHz/MHz），速率越高越能捕捉快速变化的信号；
输入范围：可接收的电压区间（通常由开发板供电电压或参考电压决定，如3.3V或5V）。

1.2 DAC（数模转换器）：把数字信号还原为模拟信号

关键工作流程：

解码：接收处理器输出的数字值，解读为对应的电压/电流等级；
重建：通过电阻网络（如R-2R梯形网络）生成模拟信号；
平滑：通过低通滤波器消除阶梯波形的高频噪声，输出连续信号。

核心性能参数：

分辨率：与ADC一致，决定输出模拟信号的精度（如12位DAC可输出4096种不同电压）；
输出范围：可输出的电压/电流区间（通常与参考电压相关）；
建立时间：输出信号稳定到目标值的时间，影响动态信号的响应速度。

1.3 传感器与模拟信号的关联

温度、湿度、光照等传感器是模拟信号的主要来源，其输出信号类型分为两种：

模拟输出型：直接输出0_5V电压或420mA电流（如部分温度传感器），需通过ADC转换后读取；
数字输出型：内置ADC模块，直接输出数字信号（如I2C协议的BH1750光照传感器），无需额外转换但需按协议读取。

二、实操：ADC采集完整步骤（以Arduino/ESP32为例）

ADC采集是传感器数据读取的基础，以下以“采集模拟电压信号”为例，讲解硬件接线、软件配置和代码实现。

2.1 硬件准备

主控板：Arduino UNO或ESP32开发板；
模拟信号源：电位器（或传感器模拟输出端）；
辅助器材：杜邦线3根、5V电源（可选）。

2.2 硬件接线

电位器VCC引脚 → 开发板5V引脚；
电位器GND引脚 → 开发板GND引脚；
电位器信号引脚 → 开发板ADC输入引脚（Arduino选A0_{A5，ESP32选GPIO36}GPIO39等ADC引脚）。

2.3 软件配置与代码实现

核心配置要点：

参考电压设置：默认使用开发板供电电压（Arduino UNO为5V，ESP32为3.3V），也可通过analogReference()函数设置内部或外部参考电压；
采样速度优化：Arduino默认ADC时钟为125kHz，可通过调整预分频器平衡速度与精度（推荐分频64，时钟250kHz）；
噪声抑制：在输入引脚并联0.1µF电容到GND，或采样时短暂关闭中断。

完整代码（含注释）：

void setup() {
  Serial.begin(9600); // 初始化串口通信（用于数据打印）
  // ADC配置：设置参考电压为默认5V，优化采样时钟
  analogReference(DEFAULT); 
  ADCSRA &= ~(bit(ADPS0) | bit(ADPS1) | bit(ADPS2)); // 清除预分频位
  ADCSRA |= bit(ADPS1) | bit(ADPS2); // 分频64，ADC时钟250kHz（平衡速度与精度）
}

void loop() {
  noInterrupts(); // 关闭中断，减少采样噪声
  int adcRaw = analogRead(A0); // 读取A0引脚ADC原始值（0~1023）
  interrupts(); // 恢复中断
  
  // 电压转换：ADC原始值 → 实际电压（5V参考电压）
  float voltage = adcRaw * (5.0 / 1023.0); 
  
  // 串口打印结果
  Serial.print("ADC原始值：");
  Serial.print(adcRaw);
  Serial.print(" | 实际电压：");
  Serial.print(voltage);
  Serial.println("V");
  
  delay(100); // 采样间隔（可根据需求调整）
}

2.4 数据验证与优化

打开串口监视器（波特率9600），旋转电位器可看到数值随电压变化；
若数据波动大：增加采样间隔、添加硬件滤波电容，或采用多次采样取平均值（如连续读取5次取中间值）；
若精度不足：更换12位ADC的开发板（如ESP32），或使用外部高精度ADC模块（如ADS1115）。

三、实操：DAC输出完整步骤（生成模拟波形）

DAC输出常用于驱动模拟设备，以下以“生成正弦波”为例，结合Arduino/ESP32讲解实操流程。

3.1 硬件准备

主控板：ESP32（内置DAC功能，Arduino UNO需外接DAC模块如MCP4725）；
输出设备：示波器（用于观察波形）、LED（用于简单验证）；
辅助器材：杜邦线2根、面包板1块。

3.2 硬件接线

ESP32 DAC输出引脚（GPIO25或GPIO26） → 示波器输入通道；
若接LED：需串联220Ω电阻（DAC输出引脚→电阻→LED→GND）。

3.3 软件配置与代码实现

核心配置要点：

ESP32内置12位DAC，输出电压范围0~3.3V；
波形生成：预计算正弦波采样点，通过循环输出实现连续波形；
频率控制：通过调整采样间隔控制波形频率（采样点越多波形越平滑）。

完整代码（生成1kHz正弦波）：

#include <math.h>

const int dacPin = 25; // ESP32 DAC输出引脚
const float freq = 1000; // 目标波形频率（1kHz）
const int samplesPerCycle = 255; // 每个周期采样点数（平滑度控制）
uint16_t sineTable[samplesPerCycle]; // 正弦波采样表

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  // 预计算正弦波采样值（映射-1~1到0~4095，适配12位DAC）
  for (int i = 0; i < samplesPerCycle; i++) {
    float angle = 2 * PI * i / samplesPerCycle;
    uint16_t val = 2048 + 2047 * sin(angle); // 中点2048，振幅2047
    sineTable[i] = constrain(val, 0, 4095); // 防止溢出
  }
  Serial.println("DAC正弦波输出开始...");
}

void loop() {
  static unsigned long lastTime = 0;
  static int index = 0;
  // 计算采样间隔（控制波形频率）
  unsigned long interval = 1000000 / (freq * samplesPerCycle); 
  
  if (micros() - lastTime >= interval) {
    dacWrite(dacPin, sineTable[index]); // DAC输出正弦波采样值
    index = (index + 1) % samplesPerCycle; // 循环采样表
    lastTime = micros();
  }
}

3.4 效果验证

用示波器连接DAC输出引脚，可观察到稳定的正弦波；
调整freq参数可改变波形频率，增加samplesPerCycle可提升波形平滑度；
若使用Arduino UNO：需外接MCP4725 DAC模块（I2C通信），通过adafruit_mcp4725库实现输出。

四、实操：温湿度/光照传感器数据读取

传感器数据读取是模拟信号处理的典型应用，以下选择3种常用传感器，讲解接线、协议配置和代码实现。

4.1 温度湿度传感器：DHT11（数字型，含内置ADC）

硬件准备：

传感器：DHT11（3针/4针版本）；
接线：VCC→5V，GND→GND，DATA→Arduino D4引脚（需串联10kΩ上拉电阻）。

代码实现（需安装DHT库）：

#include <DHT.h>

#define DHTPIN 4       // 数据引脚
#define DHTTYPE DHT11  // 传感器类型
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  dht.begin(); // 初始化传感器
  delay(1000); // 传感器启动延时
}

void loop() {
  // 读取温湿度（DHT11采样间隔≥1秒）
  float humidity = dht.readHumidity();
  float temperature = dht.readTemperature();
  
  // 数据校验（避免读取错误）
  if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
    Serial.println("传感器数据读取失败，请检查接线！");
    delay(1000);
    return;
  }
  
  // 打印结果
  Serial.print("湿度：");
  Serial.print(humidity);
  Serial.print("% | 温度：");
  Serial.print(temperature);
  Serial.println("℃");
  
  delay(2000); // 采样间隔2秒
}

4.2 光照传感器：BH1750（I2C数字型）

硬件准备：

传感器：BH1750；
接线：VCC→5V，GND→GND，SCL→Arduino A5，SDA→Arduino A4（I2C引脚）。

代码实现（需安装BH1750库）：

#include <Wire.h>
#include <BH1750.h>

BH1750 lightSensor; // 初始化传感器
uint16_t lightIntensity; // 光照强度（单位lx）

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  // 初始化传感器（1lx分辨率，采样时间120ms）
  if (!lightSensor.begin(BH1750::ONE_TIME_HIGH_RES_MODE)) {
    Serial.println("光照传感器初始化失败！");
    while (1); // 初始化失败则暂停
  }
}

void loop() {
  if (lightSensor.measurementReady()) {
    lightIntensity = lightSensor.readLightLevel(); // 读取光照强度
    Serial.print("光照强度：");
    Serial.print(lightIntensity);
    Serial.println(" lx");
  }
  
  // 重新启动测量（连续模式）
  lightSensor.startMeasurement(BH1750::CONTINUOUS_HIGH_RES_MODE);
  delay(200);
}

4.3 传感器数据校准与优化

温湿度校准：DHT11默认误差±2℃/±5%RH，可通过实际测量值修正（如temperature = temperature + 0.5）；
光照传感器：BH1750可切换分辨率模式（高分辨率适合弱光环境，低分辨率适合强光）；
抗干扰措施：工业环境中使用屏蔽线，远离电机、变频器等强电磁干扰源，或采用RS485总线组网。

五、综合项目案例：环境光控系统（ADC+DAC+传感器）

5.1 项目功能

通过BH1750读取光照强度，ADC采集传感器数据，DAC输出模拟电压控制LED亮度（光照越暗LED越亮，反之越暗）。

5.2 物料清单

主控板：ESP32；
传感器：BH1750光照传感器；
执行器：LED、220Ω电阻；
辅助器材：杜邦线、面包板。

5.3 硬件接线

BH1750：VCC→5V，GND→GND，SCL→GPIO22，SDA→GPIO21；
LED：ESP32 DAC引脚（GPIO25）→220Ω电阻→LED→GND。

5.4 完整代码

#include <Wire.h>
#include <BH1750.h>

BH1750 lightSensor;
const int dacPin = 25; // DAC输出引脚（控制LED）
uint16_t lightVal;
uint16_t dacVal;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  lightSensor.begin(BH1750::CONTINUOUS_HIGH_RES_MODE);
  pinMode(dacPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 读取光照强度
  if (lightSensor.measurementReady()) {
    lightVal = lightSensor.readLightLevel();
    
    // 光照强度映射为DAC值（光照越强，DAC值越小，LED越暗）
    dacVal = map(lightVal, 0, 1000, 4095, 500); // 0~1000lx对应500~4095DAC值
    dacVal = constrain(dacVal, 500, 4095); // 限制最小亮度（避免LED熄灭）
    
    dacWrite(dacPin, dacVal); // DAC输出控制LED
    
    // 打印状态
    Serial.print("光照：");
    Serial.print(lightVal);
    Serial.print("lx | DAC值：");
    Serial.print(dacVal);
    Serial.println(" | LED亮度：" + String(map(dacVal, 500, 4095, 10, 100)) + "%");
  }
  
  delay(300);
}

5.5 效果说明

打开串口监视器可查看光照强度、DAC值和LED亮度百分比；
用手遮挡传感器，光照强度降低，LED亮度自动增加；
移开遮挡物，光照强度升高，LED亮度自动减弱。

posted @ 2025-12-28 21:40 好汉技术阅读(395) 评论(0) 收藏举报

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模拟信号处理ADC采集、DAC输出与温湿度光照传感器数据读取（嵌入式开发入门）

一、模拟信号处理基础：ADC与DAC核心原理

1.1 ADC（模数转换器）：把模拟信号变成数字信号

1.2 DAC（数模转换器）：把数字信号还原为模拟信号

1.3 传感器与模拟信号的关联

二、实操：ADC采集完整步骤（以Arduino/ESP32为例）

2.1 硬件准备

2.2 硬件接线

2.3 软件配置与代码实现

核心配置要点：

完整代码（含注释）：

2.4 数据验证与优化

三、实操：DAC输出完整步骤（生成模拟波形）

3.1 硬件准备

3.2 硬件接线

3.3 软件配置与代码实现

核心配置要点：

完整代码（生成1kHz正弦波）：

3.4 效果验证

四、实操：温湿度/光照传感器数据读取

4.1 温度湿度传感器：DHT11（数字型，含内置ADC）

硬件准备：

代码实现（需安装DHT库）：

4.2 光照传感器：BH1750（I2C数字型）

硬件准备：

代码实现（需安装BH1750库）：

4.3 传感器数据校准与优化

五、综合项目案例：环境光控系统（ADC+DAC+传感器）

5.1 项目功能

5.2 物料清单

5.3 硬件接线

5.4 完整代码

5.5 效果说明

六、常见问题排查与进阶建议

6.1 常见问题解决

6.2 进阶学习方向

一、模拟信号处理基础：ADC与DAC核心原理

1.1 ADC（模数转换器）：把模拟信号变成数字信号

1.2 DAC（数模转换器）：把数字信号还原为模拟信号

1.3 传感器与模拟信号的关联

二、实操：ADC采集完整步骤（以Arduino/ESP32为例）

2.1 硬件准备

2.2 硬件接线

2.3 软件配置与代码实现

核心配置要点：

完整代码（含注释）：

2.4 数据验证与优化

三、实操：DAC输出完整步骤（生成模拟波形）

3.1 硬件准备

3.2 硬件接线

3.3 软件配置与代码实现

核心配置要点：

完整代码（生成1kHz正弦波）：

3.4 效果验证

四、实操：温湿度/光照传感器数据读取

4.1 温度湿度传感器：DHT11（数字型，含内置ADC）

硬件准备：

代码实现（需安装DHT库）：

4.2 光照传感器：BH1750（I2C数字型）

硬件准备：

代码实现（需安装BH1750库）：

4.3 传感器数据校准与优化

五、综合项目案例：环境光控系统（ADC+DAC+传感器）

5.1 项目功能

5.2 物料清单

5.3 硬件接线

5.4 完整代码

5.5 效果说明

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