如何使用Arduino實現映射功能

前言

您可能注意到了，儘管互連電子裝置採用不同單位，有不同的上限和下限，但在它們的工作範圍內始終是相容的。例如，在Playstation 4上玩電子遊戲時，當您將搖杆一直拉到右邊時，它會轉換為角色向右的最大行動量。我們可以看到，搖杆的行動範圍與角色的行動範圍是匹配的。在不同階段校準範圍的這個過程稱為“映射”。

映射過程通常用於根據期望的驅動來校準來自感測器的輸入值。例如，現代汽車中採用電子方向盤的情況，當方向盤旋轉720度時，車輪大約會轉動40度。因此，我們可以看到，0-720度的範圍被電子方向盤使用的電子控制系統映射為0-40度。這種電子控制系統會結合使用微控制器或PLC。微控制器上必須有類比輸入，可以透過PWM或數位引腳來映射所需的驅動。本DIY專案結束時，您將能夠瞭解：

什麼是映射？
如何讀取感測器輸入
如何將感測器輸入映射到所需的值範圍
映射的範圍如何用於所需的驅動
Arduino中映射功能的語法
使用Arduino UNO實現的映射功能的應用

概述

在這個DIY專案中，我們將研發一個進程，使用Arduino UNO將電位計的電阻變化轉換為所需的LED數量。換句話說，在本例中，電位計被用作“感測器輸入”，Arduino UNO被用作“映射裝置”，10個ROHM LED被用作致動器。LED通常是精密零件，經常會出現隨機故障。因此，我們選擇了ROHM LED，它們足以耐受電流尖峰，而且性能穩定。十個藍光ROHM LED將根據電位計的旋轉進行映射。將按照以下順序介紹這個專案：

所需元件
電路原理圖
設定Arduino IDE
程式設計
執行

所需元件

元件	連結/圖片
10個藍光ROHM LED	https://www.rohm.com/products/led/led-lamps-mono-color-type/sla560bct-product
Arduino UNO R3	https://www.aliexpress.com/item/32981776049.html
USB B資料線（通常隨Arduino UNO R3一起提供）
10k電位計	https://www.aliexpress.com/item/32859477972.html
830孔無焊麵包板breadboard	https://www.aliexpress.com/item/32701019904.html
20根公頭轉公頭跳線	https://www.aliexpress.com/item/32951945552.html
1個1kΩ電阻	任何電子商店
基於Windows的電腦，用於程式設計

電路原理圖

所有元件都採購齊全後，第一步是把所有元件都連接起來。連接要求如下所述：

對於這個專案來說，您需要將10個藍光ROHM LED的正極引腳（較長的一端）分別連接到Arduino的數位引腳。
在本例中，我們使用了數位引腳4-13。
每個LED的負極引腳需要透過1kΩ的電阻接地。
電位計有三個引腳。第一個連接到Arduino的接地引腳，第二個連接到類比引腳A5，第三個引腳連接到5V。執行此操作將使第二個引腳的電壓在0-5V之間變化。

連接示意圖如下所示：

connection schematics

實際接線如下所示：

wiring to breadboard

現在，您的系統已經連接好，您已經準備好對Arduino UNO R3進行程式設計。

設定Arduino IDE

Arduino程式設計需要設定Arduino IDE。Arduino IDE可在Linux和Windows上使用。對於這個DIY專案，我們將使用Windows桌面應用程式。訪問以下連結下載並安裝Arduino IDE：

https://www.arduino.cc/en/Main/Software
選擇以下連結：

Windows Installer, for Windows XP and up

成功安裝後，打開Arduino IDE並使用USB B資料線連接Arduino UNO R3：

Arduino Map Function

在Arduino IDE中，從“工具”>“埠”>“COM 3 (Arduino Genuino / UNO)”中選擇適當的COM埠。
這時，您的設定已準備好開始程式設計。

程式設計

在Arduino程式設計中，有兩個基本函數：Void Setup和Void Loop。完整代碼及其解釋如下所示：

void setup() {
//Declare A5 Analog pin as input pin
pinMode(A5, INPUT); 
//Declare  4-13 Digital Pins as Output Pins (For controlling 10 x ROHM LEDs)
pinMode(4, OUTPUT);
pinMode(5, OUTPUT);
pinMode(6, OUTPUT);
pinMode(7, OUTPUT);
pinMode(8, OUTPUT);
pinMode(9, OUTPUT);
pinMode(10, OUTPUT);
pinMode(11, OUTPUT);
pinMode(12, OUTPUT);
pinMode(13, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
//Check Analog value at pin A5 and store it in variable x
  int x = analogRead(A5);
//Map analog values ranging from 1-1023 to values 0-10
  int y=map(x,0,1023,0,10);
/*Use a loop to turn off LEDs having number greater than y. Here “i+3” corresponds to pin number on arduino. Since 10th LED is connected to Digital Pin number 13. Therefore +3 offset has been used*/
  for (int i=10; i>y; i--)
  {
    digitalWrite(i+3,LOW);
  }
//Use a loop to turn on LEDs having number lesser than y
  for (int i=0; i<y; i++)
  {
    digitalWrite(i+4,HIGH);
  }
  delay(5);
}
//As a result number of LEDs lit will corresponding to the position of potentiometer

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void setup() {

//Declare A5 Analog pin as input pin

pinMode(A5, INPUT);

//Declare 4-13 Digital Pins as Output Pins (For controlling 10 x ROHM LEDs)

pinMode(4, OUTPUT);

pinMode(5, OUTPUT);

pinMode(6, OUTPUT);

pinMode(7, OUTPUT);

pinMode(8, OUTPUT);

pinMode(9, OUTPUT);

pinMode(10, OUTPUT);

pinMode(11, OUTPUT);

pinMode(12, OUTPUT);

pinMode(13, OUTPUT);

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

//Check Analog value at pin A5 and store it in variable x

int x = analogRead(A5);

//Map analog values ranging from 1-1023 to values 0-10

int y=map(x,0,1023,0,10);

/*Use a loop to turn off LEDs having number greater than y. Here “i+3” corresponds to pin number on arduino. Since 10th LED is connected to Digital Pin number 13. Therefore +3 offset has been used*/

for (int i=10; i>y; i--)

{

digitalWrite(i+3,LOW);

}

//Use a loop to turn on LEDs having number lesser than y

for (int i=0; i<y; i++)

{

digitalWrite(i+4,HIGH);

}

delay(5);

}

//As a result number of LEDs lit will corresponding to the position of potentiometer

執行

如果您沒有透過外部插孔為Arduino UNO供電，在執行過程中，請保持它與電腦連接。現在將電位計從一端旋轉到另一端。當電位計在類比引腳上給出0值時，沒有LED點亮。旋轉電位計時，點亮LED的數量會不斷增加。電位計給出的值達到1023時，點亮LED的數量將達到10。可以看到，我們已經將感測器值的範圍映射到了LED的數量。