在幾乎所有情況下，您都應(yīng)該考慮在傳感器和計(jì)算平臺(tái)之間采取某種形式的輸入保護(hù)。

可能需要將傳感器連接到的三種主要系統(tǒng)類型：

直接連接到MCU（微控制器）：直接連接到引腳（外部）和寄存器（內(nèi)部）

單板計(jì)算機(jī)（SBC）：具有操作系統(tǒng)的功能更強(qiáng)大的處理器

Arduino和類似Arduino的系統(tǒng)：具有一組標(biāo)準(zhǔn)化庫(kù)函數(shù)的MCU，使使用變得更加容易

我們還介紹了將傳感器連接到這些系統(tǒng)的三種方法，如下所示：

• 直接數(shù)字
• 直接模擬
• 基于協(xié)議

系統(tǒng)的另一部分通常很少被談?wù)?，但同樣重要：傳感器和?jì)算系統(tǒng)之間的關(guān)系。

在最基本的嘗試玩硬件的過程中，我們經(jīng)常將傳感器直接連接到微控制器I / O引腳。在理想的無噪聲和無靜電的世界中，這將是一種合理的方法。

在此圖中，我們具有傳感器的所有三種基本類型：基于協(xié)議的加速度計(jì)，直接數(shù)字按鈕開關(guān)和模擬電位計(jì)。全部都直接連接到Arduino。（來源：杜安·本森（Duane Benson）

但是我們既不生活在理想世界中，也不生活在無噪音（任何形式）的世界中。傳感器和系統(tǒng)以不同的電壓運(yùn)行，我們周圍的空氣充滿離子和電噪聲，而長(zhǎng)電線充當(dāng)天線。

傳感器帶來了重要的環(huán)境數(shù)據(jù)，但它們也可能帶來很多不必要的行李。系統(tǒng)中的一個(gè)小尖峰和一個(gè)不受保護(hù)的微控制器（有時(shí)是非常昂貴的微控制器）可能會(huì)被損壞或破壞?；蛘?，電噪聲可能會(huì)使傳感器失明或?qū)е缕涮峁┛此坪侠淼耆e(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

基本上，我要說的是，除了最常見的情況以外，您實(shí)際上應(yīng)該考慮在傳感器和計(jì)算平臺(tái)之間采取某種形式的輸入保護(hù)。

如下表所示，常見的保護(hù)方法包括衰減，削波，光隔離和濾波：

常見保護(hù)方法的利弊（來源：Duane Benson）

當(dāng)有源傳感器在與微控制器不同的電壓下工作時(shí)，也可能需要保護(hù)電路。

該原理圖剪輯中所示，來自Digilent的Chipkit uc32使用3.3 V 32位Microchip MCU，但Arduino兼容板生活在5 V世界中。它在其模擬輸入上組合實(shí)現(xiàn)兩種不同類型的保護(hù)：削波二極管（用于防止過壓）和串聯(lián)電阻（用于限制電流）。（來源：杜安·本森（Duane Benson）

具有與主機(jī)MCU不同的工作電壓的基于協(xié)議的傳感器出現(xiàn)了另一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換需求，例如連接到3V或1.8V微控制器的基于5V I2C協(xié)議的傳感器 。來自1.8V MCU的“高”信號(hào)可能不夠高，無法被傳感器視為邏輯“ 1”。3V“高”電平可能會(huì)通過，但您可能無法依靠它，因?yàn)椴⒎撬羞壿嫛?1”信號(hào)都與系統(tǒng)電壓匹配，因此您最終可能會(huì)看到一個(gè)2.2V信號(hào)，即“不確定”由傳感器的5V I2C決定。

此外，傳感器的邏輯“ 1”可能處于5 V或接近5 V的水平，這可能燒壞3-V MCU（一定是1.8-V MCU）上的I / O端口。相反，這對(duì)于5V MCU和較低電壓傳感器來說是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。我已經(jīng)燒毀了比5V微控制器更多的3V加速度計(jì)。

模擬傳感器輸出的電壓高于MCU的電壓，也會(huì)引起相同的問題。最重要的是，傳感器和MCU電壓不匹配會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞，就像嘈雜的環(huán)境一樣。

使用基于協(xié)議的傳感器，您將需要一個(gè)所謂的線路電平轉(zhuǎn)換器來在兩個(gè)電壓之間改變信號(hào)電平?？梢允褂靡恍┓至⒌?a target="_blank">晶體管來限制這些設(shè)備，但也可以將它們用作特殊的集成電路。它們將具有一個(gè)公共接地點(diǎn)，并且將以一側(cè)的一個(gè)系統(tǒng)電壓和另一側(cè)的更高或更低電壓對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分割。

該示意圖顯示了用于I2C總線的3.3V至5V雙向線路電平轉(zhuǎn)換器。未顯示連接兩側(cè)的公共接地。（來源：杜安·本森（Duane Benson）

線路級(jí)轉(zhuǎn)換器有雙向和單向版本。有些人將串聯(lián)電阻（更多是限流系統(tǒng)）用于單向信號(hào)。如果您對(duì)系統(tǒng)電流了解足夠多，以確保附帶的壓降足夠大，則可以使用此功能。

對(duì)于工作電壓高于MCU的模擬傳感器，您可以使用電阻分壓器來確保不改變斜坡特性并使電壓保持在危險(xiǎn)水平以下。電阻的選擇將取決于模擬輸入的電流消耗規(guī)格。

編輯：hfy