【雕爷学编程】Arduino动手做（11）---KY-036金属触摸传感器模块之特点、原理、接口说明与实验所需硬件清单

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试多做实验，不管成功与否，都会记录下来——小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验十一：人体手指触摸Touch金属触摸传感器模块FOR KY-036电路板电子积木

知识点：晶体管、达灵顿晶体管和金属触摸传感器
一、晶体管（transistor）
1、晶体管是一种固体半导体器件（包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管等，有时特指双极型器件），具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关，能够基于输入电压控制输出电流。与普通机械开关（如Relay、switch）不同，晶体管利用电信号来控制自身的开合，所以开关速度可以非常快，实验室中的切换速度可达100GHz以上。2016年，劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限，将现有的最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm，完成了计算技术界的一大突破。

2、令人惊讶的是，首个可运行晶体管于 1947 年 12 月 23 日面世，距今已有 70 年！晶体管或许是人们发明的最具革命性的元器件之一。它的出现为集成电路、微处理器以及计算机内存的产生奠定了基础。晶体管又称双极结型晶体管 ，是由电流驱动的半导体器件，用于控制电流的流动，其中，基极引线中的较小电流控制集电极和发射极之间较大的电流。它们能用于放大弱信号，用作振荡器或开关。晶体管通常由硅晶体制成，采用 N 和 P 型半导体层相互夹合形式。

晶体管的结构有两种类型：NPN型和PNP型。中间部分称为基区，相连电极称为基极，用B或b表示（Base）；一侧称为发射区，相连电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。E-B间的PN结称为发射结（Je），C-B间的PN结称为集电结（Jc）。

3、晶体管是现代电器的最关键的元件之一。晶体管之所以能够大规模使用是因为它能以极低的单位成本被大规模生产。目前数以百万计的单体晶体管还在使用，绝大多数的晶体管是和二极管，电阻，电容一起被装配在微芯片（芯片）上以制造完整的电路。模拟的或数字的或者这两者被集成在同一块芯片上。设计和开发一个复杂芯片的成本是相当高的，但是当生产时，设计和开发芯片的费用被分摊到数以百万计的芯片上，因此在市场上每个芯片的费用通常并不会非常昂贵。一个逻辑门包含20个晶体管，而2005年一个高级的微处理器使用的晶体管数量达2.89亿个。特别是晶体管在军事计划和宇宙航行中的重要性日益显露出来以后，为争夺电子领域的优势地位，世界各国展开了激烈的竞争。为实现电子设备的小型化，人们不惜成本，纷纷给电子工业以巨大的财政资助。自从1904年弗莱明发明真空二极管，1906年德福雷斯特发明真空三极管以来，电子学作为一门新兴学科迅速发展起来。但是电子学真正突飞猛进的进步，还应该是从晶体管发明以后开始的。尤其是PN结型晶体管的出现，开辟了电子器件的新纪元，引起了一场电子技术的革命。在短短十余年的时间里，新兴的晶体管工业以不可战胜的雄心和年轻人那样无所顾忌的气势，迅速取代了电子管工业通过多年奋斗才取得的地位，一跃成为电子技术领域的排头兵。

二、达灵顿晶体管（Darlington transistor）
1、达灵顿晶体管，或称达灵顿对（Darlington pair）是电子学中由两个（甚至多个）双极性晶体管（或者其他类似的集成电路或分立元件）组成的复合结构，通过这样的结构，经第一个双极性晶体管放大的电流可以进一步被放大。这样的结构可以提供一个比其中任意一个双极性晶体管高得多的电流增益。在使用集成电流芯片的情况里，达灵顿晶体管可以使得芯片比使用两个分立晶体管元件占用更少的空间，因为两个晶体管可以共用一个集极。达灵顿晶体管通常被封装在单一的芯片里，从外面看就像一个双极性晶体管。有时，集成电路芯片中会包含8个这样的结构方便使用。

2、达灵顿管具有很高的电流放大系数， hFE 值可达几千至几十万倍。不过，这类高放大倍数的达林顿管只能在小功率下使用。

达灵顿管多用在大功率输出电路中，这时由于功率增大，管子本身压降会造成温度上升，再加上前级三极管的漏电流( ICEO) 也会被逐级放大，从而导致达灵顿管整体热稳定性差。为了改变这种状况，在大功率达灵顿管内部均设有均衡电阻，这样不但可以大大提高管子的热稳定性，还能有效地提高末级功率三极管的耐压。大部分大功率达灵顿管在末级三极管的集电极与发射极之间反向并联一只阻尼二极管，以防负载突然断电时三极管被击穿。

达林顿管具有增益高、开关速度快、稳定性好等优点。使用时，可以把达林顿管看成是一个具有高电流放大系数的三极管，使用非常方便c 选用它作为功率放大管时，还可以取代多级放大电路，简化设计电路。正因为达林顿管有着许多特点，它在低频功率放大电路、开关式稳压电路以及功率驱动电路中得到了较广泛的应用。

3、达灵顿结构可以对安全电压以下皮肤产生的接触电流进行足够敏感的响应，因此它常被用来构成触控开关的信号输入级。

本例的KY36金属触摸传感器模块，就是使用MPS A13或KSP13，是一种 30伏0.625瓦0.5A的小功率外延硅NPN达林顿管，作为传感器模块的触摸感应头。

三、金属触摸传感器（Metal Touch Sensor）
1、在工业中，金属工具在 CNC 或车床中的确切位置或自动化系统中的机械臂对于确保您的程序正常运行非常重要且必不可少。还需要计算生产皮带上的零件数量以保持数据记录。KY-036 金属触摸传感器模块是上述问题的低成本解决方案。它有一个板载 LM393 比较器 IC，它将提供数字输出以连接到微控制器的 GPIO 引脚。它是一种仅在被带电体触摸时才起作用的开关。有一个高频晶体达灵顿管，具有很高的电流放大系数，在接收电磁信号时可以导电。还有电阻电位器来改变输出对触摸的灵敏度。它还具有 M2 尺寸的螺栓孔，便于安装。

2、模块特点：
（1）工作电压3.3V-5V
（2）使用宽电压LM393比较器（关于LM393相关资料见声音传感器模块）
（3）设有固定螺栓孔，方便安装
（4）采用灵敏型达灵顿晶体管引脚作为触摸传感器
（5）小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm
（6）配可调电位器可调节灵敏度（图中蓝色数字电位器调节）
（7）输出形式，D0数字开关量输出（0和1）和A0模拟电压输出
（8）比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。

3、模块电原理图

4、模块接口说明（4 线制）
（1）AO 小板模拟信号输出（电压信号）
（2）GND 接电源负极
（3）VCC 接电源正极 3.3-5V
（4）DO TTL 开关信号输出（0和1）

5、模块小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm

KY-36金属触摸传感器模块的实验环境
一、KY-36金属触摸传感器模块实验所需硬件清单
Arduino Uno开发板 X1
杜邦线 若干（备了9条）
KY-36金属触摸传感器模块x2
高电平触发有源蜂鸣器模块X1
LED发光二极管（绿、蓝色）X2
5MM三色RGB全彩LED模块X1
高电平触发单路5V继电器模块X1
Proto Shield 原型扩展板（带mini面包板）X1