第1步：使用的材料

150或250 ml塑料導(dǎo)管注射器-可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或在硬件或花園獲得在您附近的商店購(gòu)買(mǎi)幾美元或幾歐元。

壓力傳感器突破-我用了我在Banggood購(gòu)買(mǎi)的便宜的BMP280（溫度和壓力）傳感器。這是一個(gè)不帶電平轉(zhuǎn)換器的3V突破，每個(gè)價(jià)格不到2 $。測(cè)量范圍介于650和1580 hPa之間。電纜和面包板：我使用了較長(zhǎng)的跨接電纜將分支連接到面包板。

電纜的長(zhǎng)度至少應(yīng)與注射器一樣長(zhǎng)，否則連接電纜和斷開(kāi)連接將非常困難。

雙向5-》 3 V電平轉(zhuǎn)換器：將上述傳感器連接到Arduino所需。

如果您的傳感器突破了例如以下要求，則不需要作為Adafruit版本，已經(jīng)在板上實(shí)現(xiàn)，或者您的微控制器正在使用3V邏輯。

微控制器：我使用了Arduino Uno的版本MonkMakesDuino，但是任何兼容Arduino的都可以使用。如果您按照Adafruit的說(shuō)明進(jìn)行操作，即使Micro：bit也可以使用。

注射器的支架可能對(duì)某些應(yīng)用有用，但不是必需的。

Arduino IDE。

步驟2：組裝和應(yīng)用

在面包板上設(shè)置所有零件。如果需要，連接微控制器和電平轉(zhuǎn)換器。如果將面包板上的電源軌中的一個(gè)定義為5V，將另一個(gè)定義為3V，并將它們分別連接到微控制器的5V，3V和接地端口，然后連接電平轉(zhuǎn)換器的3V，5V和GND端口?，F(xiàn)在，將Arduino的SDA（A4）和SCL（A5）端口與電平轉(zhuǎn)換器5V側(cè)的兩個(gè)非電源端口相連。請(qǐng)注意，微控制器之間的SDA和SDA端口不同，因此請(qǐng)檢查您的微控制器。

使用稍后將與電平轉(zhuǎn)換器一起使用的電纜連接傳感器。傳感器的SDA和SCL連接到電平轉(zhuǎn)換器3V側(cè)的相應(yīng)端口，傳感器的Vin和Gnd端口連接到3V并接地。

如果要使用提供的腳本，則無(wú)需在Arduino IDE上安裝其他庫(kù)。如果您更喜歡使用Adafruit BMP280腳本，請(qǐng)安裝它們的BMP280和傳感器庫(kù)。

加載BMP280腳本并將其上傳到Arduino。

使用串行監(jiān)視器檢查是否收到合理的數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有，請(qǐng)檢查連接。

現(xiàn)在關(guān)閉微控制器，并拔下連接傳感器和面包板的電纜。

現(xiàn)在將電纜穿過(guò)注射器的出口。如果使用跨接電纜，則可能有必要加寬插座或?qū)⑵淇s短一點(diǎn)。確保一個(gè)接一個(gè)地通過(guò)母端。 I2C分支需要四根電纜，優(yōu)先使用不同顏色的電纜。

然后重新連接分支和電纜，并如上所述檢查連接是否正?！，F(xiàn)在將分接頭移至注射器的出口端。插入柱塞并將其移動(dòng)到比計(jì)劃的靜止位置稍遠(yuǎn)的中心位置。

將電纜連接到面包板上，并檢查傳感器是否在工作。關(guān)閉微控制器并斷開(kāi)傳感器的連接。

在出口的末端加一滴熱膠。小心地吸進(jìn)一點(diǎn)材料，并確保末端氣密密封。讓膠水冷卻并沉降，然后再次檢查其氣密性。如果需要，請(qǐng)?jiān)谑Ｓ嗟目字刑砑痈嗟哪z水。

將傳感器電纜連接到面包板上，然后啟動(dòng)微控制器。

激活串行監(jiān)視器以檢查傳感器是否發(fā)送了溫度和壓力值。

通過(guò)移動(dòng)柱塞，您可以更改壓力值。但是，當(dāng)您按下或按下柱塞時(shí)，也請(qǐng)仔細(xì)查看溫度值。

關(guān)閉串行監(jiān)視器并打開(kāi)“ Serial Plotter”，移動(dòng)柱塞。播放！

如果需要，可以通過(guò)向側(cè)面施加一點(diǎn)力來(lái)校正音量。

步驟3：結(jié)果和展望

使用此處描述的設(shè)備，您可以在一個(gè)簡(jiǎn)單的物理實(shí)驗(yàn)中演示壓縮與壓力的相關(guān)性。由于注射器帶有刻度，即使進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)也很容易。

博伊耳定律，［體積*壓力］對(duì)于給定溫度下的氣體是恒定的，這意味著如果將給定體積的氣體壓縮為N倍，即最終體積為1/N，則其壓力將升高N倍。

如：

P1 * V1 = P2 * V2 =常量。

有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)查閱Wikipedia上有關(guān)氣體定律的文章。

因此，從如果靜止點(diǎn)為例如V1 = 100 ml和P1 = 1000 hPa，則壓縮到大約66 ml（即V2 = V1的2/3）壓力約為1500 hPa（P2 = P1的3/2）。將柱塞拉至125 ml（5/4倍體積）可產(chǎn)生約800 hPa的壓力（4/5壓力）。對(duì)于這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)備，我的測(cè)量結(jié)果極其精確。

此外，您將直接獲得觸覺(jué)效果，壓縮或膨脹相對(duì)少量的空氣需要多少力。

但是我們也可以執(zhí)行一些計(jì)算并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢查。假設(shè)我們?cè)?000 hPa的基本氣壓下將空氣壓縮到1500 hPa。因此，壓力差為500 hPa或50，000 Pa。對(duì)于我的注射器，活塞的直徑（d）約為4 cm或0.04米。

現(xiàn)在，您可以計(jì)算將活塞保持在該位置所需的力。給定P = F/A（壓力除以面積除以力），或轉(zhuǎn)換后的F = P * A。力的SI單位為“牛頓”或N，長(zhǎng)度為“米”或m，壓力的單位為“帕斯卡”或Pa。1Pa為每平方米1N。對(duì)于圓形活塞，面積可以使用A = （（d/2）^ 2）* pi，它為我的注射器提供0.00125平方米。因此50，000 Pa * 0.00125 m ^ 2 = 63N。在地球上，1 N對(duì)應(yīng)于100 gr的重量，因此63 N為等于保持6.3 kg的重量。

因此，很容易根據(jù)壓力測(cè)量結(jié)果來(lái)建立一種秤。

由于溫度傳感器極其敏感，因此甚至可以我假設(shè)如果您使用BME280傳感器（也可以執(zhí)行濕度測(cè)量），甚至可能會(huì)看到壓力對(duì)相對(duì)濕度的影響。

Arduino IDE可以很好地實(shí)時(shí)顯示壓力變化，但也可以使用其他更精細(xì)的解決方案，例如以處理語(yǔ)言。

除了用于教育目的，還可以將該系統(tǒng)用于以下目的：在某些實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)樗_實(shí)可以定量地測(cè)量試圖使柱塞一種或另一種方式移動(dòng)的力。因此，您可以測(cè)量柱塞上的重量或柱塞上的沖擊力，或者在達(dá)到某個(gè)閾值后構(gòu)建一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)激活電燈或蜂鳴器或播放聲音?；蛘撸梢灾圃煲环N樂(lè)器，該樂(lè)器可以根據(jù)施加在柱塞上的力量來(lái)改變頻率。

步驟4：腳本

腳本我在這里添加了對(duì)Banggood網(wǎng)站上的BME280腳本的修改。

我剛剛優(yōu)化了Serial.print訂單，以便更好地在Arduino IDE串行繪圖儀中顯示它們。

Adafruit腳本看起來(lái)更好，但是它需要一些庫(kù)，并且無(wú)法識(shí)別Banggood傳感器。