实验目标

• 掌握旋转电位器的工作原理，了解其在Arduino系统中的应用。
• 实现利用旋转电位器输出的电压信号，通过Arduino进行分析和控制，进而控制LED灯的亮度。

实验 hardware

• Arduino Uno开发板
• 旋转电位器模块，具有3个接口（两个固定端，一个滑动接头）
• 线缆和跳线器以实现电路连接
• 表面偶型电容（用于稳定电位器输出电压，或者可根据需要选择是否使用）
• LED灯与耐焊器（用于连接LED到Arduino）
• 9V电源电池或 Arduino所需的电源

实验步骤

3.1 安装硬件

• 将旋转电位器的两个固定接头连接到电源和地线。
• 将旋转滑动接头连接到Arduino的A0模拟输入端。
• 使用耐焊器将LED灯的一端连接到Arduino的D3模拟输出端，另一端连接300欧姆电阻，以保护LED免受过高电压损害。

3.2 编写代码

• 打开Arduino IDE，编写以下代码：

  void setup() {
    Serial.begin(9600);
    pinMode(A0, INPUT);
    pinMode(3, OUTPUT);
  }
  void loop() {
    int sensorValue = analogRead(A0);
    intBrightness = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 235);
    analogWrite(3, brightness);
    Serial.println(brightness);
    delay(200);
  }

• 代码实现：读取A0模拟输入端上的电压值，将其经过线性映射（scale 0-235）转化为控制LED亮度的值，并输出到D3模拟输出端。通过串口监视器实时查看传感器输出值和LED亮度变化。

实验结果与分析

• 结果：

  • 通过代码运行，旋转电位器的滑动接头转动时，传感器值（(sensorValue）会在0-1023之间变化，并映射到亮度值（brightness）0-235之间。
  • 串口监视器输出应为0到235之间的整数，表示LED灯的亮度百分比。

• 分析：

  • 旋转电位器将位置变化转化为电压变化，反过来控制LED灯的亮度，这验证了电位器可作为模拟位置传感器的特性。
  • 代码简洁，易于理解，能够快速响应旋转电位器的变化，适合用于简单的位置测量或控制应用。

遇到的问题及解决方法

• 总是得到0或固定的值

  • 经检查发现，电位器未接地，导致其内部电阻始终处于高阻抗状态，无法正常工作。
  • 解决：确保电位器的一个接地端接在地面，同时在代码中正确指定输入端。

• 数值跳变较大，响应较慢

  • 可能由于电位器的内部接线不当或滑动接头接触点不够光滑造成。
  • 解决：检查接线是否正确，确保滑动接头表面清洁干净，接触良好。

下一步改进与应用

• 改进：

  • 对实验进行更深入的分析，探讨电位器的非线性特性及其可能的影响。
  • 如果需要更高的精度，可以使用多个电位器串联或并联，或者调整分辨率。

• 应用：

  • 将旋转电位器用于控制LED显示器的亮度调节，或者作为局部位置传感器实现小幅度角度测量。
  • 可扩展于更复杂的自动化系统，如变速控制、机器人导航等领域。