第98-9課：用Arduino嘅LED電壓電平表或者用電位器嘅走馬燈

第98-9課：用Arduino嘅LED電壓電平表或者用電位器嘅走馬燈

呢個項目會教你點樣整一個用五粒 LED 做條狀圖顯示嘅電壓電平錶，完全由一塊 Arduino 同一個電位器驅動。當你扭動旋鈕，Arduino 會讀取類比腳上變化緊嘅電壓，並且每伏特著一粒 LED，所以嗰排燈會隨住旋鈕 literally「行」上行落。呢個係理解類比輸入最清楚嘅方法之一，因為你可以實時睇到類比轉數位嘅過程變成一個實體光條。

呢度嘅實際價值遠遠唔止一場燈光秀。一旦你明白點樣將量度到嘅電壓映射到一組輸出，你就可以將完全相同嘅模式重用喺真實嘅儀器上面。例如，你可以整：

• 一個電池電量指示器，用一排 LED 顯示 12 V 或者 USB 尿袋嘅剩餘容量。
• 一個水箱液位計，用一個浮波感應器輸出同深度成正比嘅電壓。
• 一個用 LM35 之類類比溫度感應器嘅溫度條狀顯示器。
• 一個用喺收音機接收器或者擴音機嘅信號強度或者音頻電平錶。
• 一個簡單嘅感應器讀數，適用於任何 0–5 V 類比換能器（壓力、光、位置）。
• 一個工作檯測試用嘅電壓探針，唔使睇萬用錶螢幕都可以檢查電源軌。

因為啲門檻值係以板電壓嘅百分比計算，同一份程式碼喺 Uno 同 Mega 呢類 5 V 板，以及 3.3 V 板上面都行得通，只需要改一行。

硬件同組件

零件清單刻意做到最精簡，而所有嘢都會喺影片嘅早期部分解釋（影片 01:54 位置）。你需要：

• 一塊 Arduino 板（Uno、Nano 或者 Mega）。
• 五粒 LED，最好係同一隻色，噉條狀圖先會讀得清楚，不過混合顏色都冇問題。
• 五粒限流電阻。教學用嘅係 1 kΩ 電阻，但係大概 300 Ω 到 1 kΩ 之間嘅任何值都行；數值越高，LED 就越暗（影片 05:33 位置）。
• 一個電位器。旋鈕式同滑動式兩種都有示範（影片 02:19 位置）。
• 一塊麵包板同跳線。

關於 LED 本身嘅快速提示，因為呢點對接線好重要：LED 係一粒二極管，所以佢只會單向導電。塑膠外殼嘅平邊，同埋短啲嗰隻腳，係陰極（負極）。長啲嗰隻腳係陽極（正極）。教學會詳細講解呢個符號同實物形狀（影片 02:39 位置）。

電阻值唔係隨便揀嘅。一粒 LED 大概會降 2 V，而 3 mm 同 5 mm 嘅細粒型號會食大約 10 mA。喺 5 V 供電之下，剩低嘅 3 V 必須降喺電阻上面，所以歐姆定律得出 R = 3 V / 0.01 A = 300 Ω。呢個係最大亮度嘅數值；用 1 kΩ 係一個安全、稍微暗啲嘅選擇（影片 04:41 位置）。

接線指南

接線嘅 LED 部分同之前嘅走馬燈項目一模一樣：每粒 LED 嘅陽極連去自己嘅數位腳，而每粒陰極就經過一粒電阻去共通接地軌。喺教學入面，啲 LED 係接去腳 7、6、5、4 同 3（影片 43:04 位置）。

電位器係唯一嘅新零件。佢兩隻外腳去兩條電源軌 — 一隻外腳去地，另一隻去 5 V（如果你量度緊 3.3 V 系統就去 3.3 V）。中間嗰隻腳，叫做滑臂，係輸出，必須連去類比腳 A0（影片 43:30 位置）。滑臂就係產生可變電壓嘅嘢：當你扭動旋鈕，滑臂會沿住一條電阻軌滑動，佢呈現嘅電壓就會喺兩條軌之間平滑咁變化。

一個重要細節：如果你喺電路運行緊嘅時候拆走電位器，類比腳就會浮空，啲 LED 就會隨機閃爍。呢個行為喺影片入面有示範（影片 48:52 位置），亦都好好提醒你，類比輸入永遠都需要一個定義好嘅電壓源。

程式碼解釋

份程式碼好短，大部分都好直接，所以呢一節只會集中講你可能想改嘅部分。所有呢啲設定都喺 sketch 嘅頂部。

腳位定義。 呢啲話俾 Arduino 知 LED 同電位器係連去邊啲腳。如果你嘅 LED 接線唔同，就改呢啲數字去配合 — 順序好重要，因為 LED1 係最低門檻，LED5 係最高。

const int potPin = A0;//define a pin to connect potentiometer
const int LED1 = 7;
const int LED2 = 6;
const int LED3 = 5;
const int LED4 = 4;
const int LED5 = 3;

開發板電壓。 呢個係最緊要啱嘅數值。佢係所有門檻值計算嘅參考基準。Uno 或者 Mega 就設做 5.0，3.3V Nano 或者類似嘅板就設做 3.3。如果你設錯咗，每一粒 LED 都會喺錯誤嘅電壓切換（影片 44:19）。

float boardVoltage= 5.0;//for UNO and MEGA 5.0V for Nano either 5V or 3.3V

序列埠電壓顯示。 將呢個設做 true 就會以 9600 鮑率將量度到嘅電壓印去序列監控器，喺校準嗰陣非常有用。搞掂晒之後設做 false 就可以收埋啲輸出。

boolean showVoltage = true;//true or false to read voltage in serial monitor

轉換係點運作。 Arduino 嘅類比數位轉換器會回傳 0 到 1023 嘅數字，因為佢係 10 位元轉換器（2¹⁰ = 1024 級）。程式碼會用開發板電壓做參考，將嗰個原始數字縮放成真實電壓。如果你第日轉去用 Due 呢類 12 位元嘅板，就要記住呢行，到時你要除 4095 而唔係 1023。

int sensorValue = analogRead(A0);
float voltage = sensorValue * (boardVoltage / 1023.0);

門檻邏輯。 唔係硬編碼電壓，而係將每一步表達成開發板電壓嘅百分比。95% 或以上，五粒 LED 全着；高過 80% 就淨係着四粒；如此類推落到 20%，就淨係着一粒 LED。呢個百分比做法就係令呢個 sketch 可以喺 5V 同 3.3V 板之間通用，唔使改寫啲比較嘅原因。

if (voltage >= boardVoltage*0.95)
{
      digitalWrite(LED1, HIGH);
      digitalWrite(LED2, HIGH);
      digitalWrite(LED3, HIGH);
      digitalWrite(LED4, HIGH);
      digitalWrite(LED5, HIGH);
}

因為程式碼用咗 else if，每次行迴圈都淨係會行一個分支，所以任何時候都淨係會着正確數量嘅 LED。每次迴圈尾嗰 50 毫秒延遲就係防止顯示閃爍。

即場專案同示範

上載咗 sketch 之後，以 9600 鮑率打開序列監控器，慢慢扭個旋鈕。印出嚟嘅電壓同 LED 光棒會好貼咁一齊行：大約 1V 嗰陣着一粒 LED，2V 嗰陣着兩粒，如此類推去到大概 4.8V 就五粒全着（影片 47:37）。讀數同預期值相差只有幾個百分之一伏特，對於 10 位元轉換器嚟講已經非常好。

如果啲級數睇落有啲唔平均，通常係電阻嘅問題而唔係程式碼。教學提到標準碳膜電阻有 10% 誤差，而藍色金屬膜嗰啲通常係 1%，級數會明顯更緊密、更準確（影片 48:18）。

你亦都可以將旋轉電位器換做滑動電位器，得到同樣嘅行為但係線性嘅手感，如果你打算將個錶裝喺面板度，呢個係一個唔錯嘅選擇（影片 49:07）。

如果你想用手動而唔係用旋鈕去移動啲燈，可以睇 Lesson 98-8: Walking Light with Push Button and LEDs with Arduino。而如果你淨係想啲 LED 自己按計時器行，就睇 Lesson 98-7: Walking Light Using Arduino and 5 LEDs。

呢條片嘅相關專案

• Lesson 98-1: How to Turn On and Off an LED with Arduino
• Lesson 98-2: How to Turn On and Off an LED Using a Push Button with Arduino
• Lesson 98-3: How to Turn On/Off a Toggle LED Using a Push Button with Arduino
• Lesson 98-4: Fading an LED Light Using Arduino: Brightness Control
• Lesson 98-5: Fade Light When a Button Is Pressed Using Arduino
• Lesson 98-6: Seesaw LED Game with Arduino
• Lesson 98-7: Walking Light Using Arduino and 5 LEDs
• Lesson 98-8: Walking Light with Push Button and LEDs with Arduino
• Lesson 98-10: Arduino Traffic Light

章節

• [00:00] 10 個 LED 專案概覽
• [02:29] LED 基礎、符號同電阻計算
• [42:25] LED 電壓電平錶介紹
• [43:04] 接駁 LED 同電位器
• [43:54] 解釋電壓光棒程式碼
• [44:19] 設定開發板電壓參考
• [46:00] 門檻邏輯同百分比級數
• [47:14] 示範：用 LED 光棒讀取電壓
• [48:18] 電阻誤差同準確度
• [49:07] 使用滑動電位器

圖片

wiring for Arduino walking light LEDs

Schematic for Arduino walking light LEDs

5 個 LED 喺麵包板上，滑動可變電阻連接到 Arduino UNO

wiring for Arduino walking light LEDs

Schematic for Arduino walking light LEDs

5 個 LED 喺麵包板上，滑動可變電阻連接到 Arduino UNO

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