圖 3 提供了電路原理圖的特寫視圖。

　　原始手冊中的亮度警報示意圖。
　　圖 3.原始手冊中的亮度警報原理圖。圖片由 Don Wilcher 提供
　　此版本的亮度警報包括五個電子子電路：
　　硫化鎘光傳感器 (I4)。
　　50 kΩ 電位器。
　　達(dá)林頓電路（Q1 和 Q2）。
　　非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（Q3、Q4 和 RC 負(fù)載）。
　　晶體管驅(qū)動壓電蜂鳴器電路（Q5 和壓電晶體）。
　　經(jīng)典項目使用硫化鎘 (CdS) 光敏電阻來檢測光。 CdS 光電管根據(jù)照射到其上的光強(qiáng)度改變其電阻。通過手動調(diào)節(jié)電位器來控制光檢測器的靈敏度。

　　達(dá)林頓電路、不穩(wěn)定多諧振蕩器和壓電蜂鳴器電路均出現(xiàn)在該項目的經(jīng)典版本和混音版本中。我們將在本文后面討論它們的操作。然而，亮度警報的重新組合用 micro:bit 微處理器板取代了 CdS 電池和 50 kΩ 電位計。此功能將經(jīng)典的亮度警報升級為可編程光傳感器，能夠記錄光級數(shù)據(jù)并以數(shù)字方式調(diào)整檢測閾值。

　　混合亮度警報：設(shè)計和操作

　　圖 4 說明了重新混合亮度警報的各個部分如何協(xié)同工作。除 BBC micro:bit 外，所示的所有部件均包含在傳感器機(jī)器人套件中。

　　說明重新混合亮度警報項目概念的框圖。
　　圖 4.重新混合的亮度警報框圖。圖片由 Don Wilcher 提供
　　micro:bit 既充當(dāng)光傳感器又充當(dāng)設(shè)備的大腦。當(dāng)它檢測到環(huán)境光水平超過編程閾值時，它會偏置達(dá)林頓電路。達(dá)林頓電路激活基于晶體管的壓電蜂鳴器，從而發(fā)出警報音。該音調(diào)的頻率由非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器決定。
　　正如我們已經(jīng)提到的，光檢測閾值是在 micro:bit 的代碼中設(shè)置的，可以根據(jù)項目要求進(jìn)行調(diào)整。一旦我們完成了物理電路的組裝，我們將在本文后面討論編程過程。不過，在此之前，讓我們先檢查一下亮度警報的各個子電路的運(yùn)行情況。

　　Micro:bit 微處理器板

　　圖 5 顯示了版本 2 BBC micro:bit 的布局。
　　BBC micro:bit（版本 2）的布局。
　　圖 5.BBC micro:bit（版本 2）的布局。圖片由microbit.org提供
　　LED 既可以充當(dāng)光發(fā)射器，也可以充當(dāng)光探測器。當(dāng)光線照射到 LED 的 PN 結(jié)時，由于光電效應(yīng)，會產(chǎn)生小電流。此屬性允許 micro:bit 使用其 5x5 LED 矩陣作為光傳感器。
　　為了測量光，micro:bit 會對 LED 進(jìn)行短暫反向偏置，使它們充當(dāng)電容器。然后 micro:bit 測量 LED 放電所需的時間。我們可以通過照射 LED 所需的時間來判斷有多少光照射到 LED 上——光越亮，放電發(fā)生的速度越快。然后將放電時間轉(zhuǎn)換為 0 至 255 范圍內(nèi)的數(shù)字值，代表檢測到的光強(qiáng)度。
　　在完成的器件中，micro:bit 的 P0 引腳連接到達(dá)林頓電路的兩個 NPN 晶體管中的個。當(dāng)檢測到的光強(qiáng)度大于編程的閾值時，會觸發(fā)以下事件序列：
　　micro:bit 向其 P0 引腳輸出 3 V 邏輯高信號，該引腳連接到達(dá)林頓電路 (Q1) 的個 NPN 晶體管。
　　P0 引腳向 Q1 的基極發(fā)送小電流，導(dǎo)致 Q1 導(dǎo)通。
　　由于 Q1 導(dǎo)通，達(dá)林頓電路 (Q2) 中的第二個晶體管也導(dǎo)通。這樣就完成了壓電蜂鳴器的電路。
　　現(xiàn)在正在運(yùn)行的壓電蜂鳴器會發(fā)出聲音警報音。
　　當(dāng)光照強(qiáng)度低于編程閾值時，P0 引腳保持邏輯低電平，達(dá)林頓電路保持關(guān)閉狀態(tài)，蜂鳴器靜音。
　　達(dá)靈頓電路

　　達(dá)林頓電路又稱達(dá)林頓對，由兩個串聯(lián)的NPN晶體管（Q1和Q2）組成。當(dāng)小電流流入個晶體管的基極時，它會觸發(fā)第二個晶體管。每個晶體管進(jìn)一步放大信號，從而顯著提高電流增益。

　　圖 6 顯示了典型的達(dá)林頓對。
　　基本達(dá)林頓對。
　　圖 6.基本達(dá)林頓配置。圖片由 Don Wilcher 提供
　　在混合亮度警報中，達(dá)林頓電路是必要的，因為壓電蜂鳴器需要的電流超出了 micro:bit 可以直接提供的電流。達(dá)林頓對中的個晶體管放大來自 micro:bit 的小信號，而第二個晶體管向蜂鳴器提供電流。放大過程確保即使是的輸入信號也足以驅(qū)動蜂鳴器。
　　這種設(shè)計還降低了 micro:bit 的功耗，如果您選擇使用電池為微處理器板供電，這會很方便。 micro:bit 可以使用 3 V 電池組或插入個人計算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn) USB 電纜供電。
　　非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器和壓電蜂鳴器電路
　　亮度報警電路的是一個由兩個 NPN 晶體管（Q3 和 Q4）構(gòu)建的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。無論外部輸入如何，非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器都會在兩種狀態(tài)之間連續(xù)振蕩，從而產(chǎn)生一致的方波信號。振蕩頻率由亮度警報的電容器（C1 和 C2）和電阻器（R1、R2、R3 和 R4）的值決定。
　　非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出連接到另一個 NPN 晶體管 (Q5) 的基極。該晶體管充當(dāng)控制壓電蜂鳴器的開關(guān)。當(dāng)非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器產(chǎn)生邏輯高輸出時，Q5 導(dǎo)通，允許電流流過壓電蜂鳴器并產(chǎn)生聲音。當(dāng)亮度水平超過設(shè)定閾值時，這種快速切換會產(chǎn)生我們聽到的警報音。
　　壓電蜂鳴器本身是一個傳感器，它將來自多諧振蕩器的電脈沖轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動，進(jìn)而產(chǎn)生聲波。
　　為了確定非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的輸出頻率，我們使用以下等式：
　　$$f~=~ \frac{1.44}{(R_1~+~2R_2)C}$$
　　在哪里：
　　f = 警報音的頻率
　　R 1 = 電阻器 R1 的值，也是 R4 的值
　　R 2 = 電阻器 R2 的值，也是 R3 的值
　　C = 電容器 C1 的值，也是 C2 的值
　　對于亮度警報電路，我們將使用以下電阻和電容值：
　　R 1 = 1kΩ
　　R 2 = 10kΩ
　　C = 0.047μF
　　如果我們將這些值代入上面的等式，我們會得到：
　　$$f~=~ \frac{1.44}{[1~\text{k} \Omega~+~2(10~\text{k} \Omega)]0.047~\mu \text{F}}~= ~1.46~\文本{kHz}$$
　　如上式所示，您可以通過選擇不同的電阻和電容來調(diào)整報警音的頻率。
　　組裝項目硬件
　　我們現(xiàn)在準(zhǔn)備將所有內(nèi)容放在一起。圖 7 顯示了重新混合亮度警報的完整原理圖。

　　重新混合亮度警報的原理圖。

　　圖 7. [點(diǎn)擊放大] 重新混合的亮度警報原理圖。圖片由 Don Wilcher 提供

　　大多數(shù)接線說明與項目的經(jīng)典版本中的相同。您可以在圖 2 中找到這些說明。但是，我們?nèi)匀恍枰獙?micro:bit 連接到設(shè)備的其余部分。這是使用兩根帶有鱷魚夾的測試引線來完成的。

　　圖 8 顯示了 micro:bit 和傳感器機(jī)器人套件之間的兩條接線。為了便于參考，我對兩條測試引線進(jìn)行了顏色編碼。
　　將 micro:bit 連接至傳感器機(jī)器人套件。
　　圖 8. micro:bit 通過兩根測試引線連接到 Sensor Robot 套件，一根連接到 P0，另一根連接到 GND。圖片由 Don Wilcher 提供
　　程序如下：
　　將紅色測試引線的一端連接到 micro:bit 的焊盤 P0，另一端連接到 Sensor Robot 套件的彈簧端子 30。彈簧端子 30 連接到偏置達(dá)林頓對的 33 kΩ 串聯(lián)電阻。
　　將黑色測試引線的一端連接至 micro:bit 的 GND 焊盤，另一端連接至套件的彈簧端子 3。彈簧端子 3 是傳感器機(jī)器人套件 9 V 電池的負(fù)極/接地側(cè)。
　　對 Micro:bit 進(jìn)行編程
　　現(xiàn)在我們已經(jīng)組裝好了硬件，我們需要將光檢測閾值編程到 micro:bit 中。我在 MicroPython 中做到了這一點(diǎn)；我的代碼如下所示。
　　設(shè)置亮度警報的光檢測閾值的 MicroPython 代碼。
　　在上面的代碼中，THRESHOLD 變量設(shè)置光照級別閾值。您可以根據(jù)需要調(diào)整閾值以適應(yīng)不同的環(huán)境照明條件。
　　MicroPython 代碼不斷從 micro:bit 的 LED 矩陣讀取亮度級別，并將其與閾值進(jìn)行比較。如果檢測到的光強(qiáng)度超過閾值，P0 引腳將設(shè)置為邏輯高電平，激活達(dá)林頓電路并觸發(fā)壓電蜂鳴器。如果光強(qiáng)度低于閾值，P0 引腳將設(shè)置為邏輯低電平，使蜂鳴器靜音。
　　您可以使用Mu等編程平臺輕松地將 MicroPython 代碼加載到 micro:bit 中。終的十六進(jìn)制代碼可以閃存編程到 micro:bit。
　　編程替代方案
　　MicroPython 不是您的選擇。您還可以在Microsoft MakeCode micro:bit 編程環(huán)境中輕松開發(fā)光檢測代碼（圖 9）。可以在此在線編程環(huán)境中查看等效的 JavaScript 和 Python 代碼。

　　圖 9. Microsoft MakeCode 模擬會話，其中 micro:bit 顯示光級別和端口 P0 輸出控制。圖片由 Don Wilcher 提供
　　或者，您可以使用Blockly代碼塊對 micro:bit 進(jìn)行編程。如果您想要添加或更改圖形以及模擬 micro:bit 的光感應(yīng)和控制功能，此方法非常有用。在內(nèi)置模擬器中，用戶可以嘗試各種閾值，并立即看到 micro:bit 的 5x5 LED 矩陣上顯示的響應(yīng)。