Chinese Translation for lesson 3 sensors-and-actuators

1-getting-started/lessons/3-sensors-and-actuators/translations/README.zh-cn.md

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+# 通过传感器和执行器与物理世界交互
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+![课程概览](../../../sketchnotes/lesson-3.jpg)
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+> 由 [Nitya Narasimhan](https://github.com/nitya) 绘制。 单击图像可查看大图。
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+本课程是 [Hello IoT series](https://youtube.com/playlist?list=PLmsFUfdnGr3xRts0TIwyaHyQuHaNQcb6-) 。由 [Microsoft Reactor](https://developer.microsoft.com/reactor/?WT.mc_id=academic-17441-jabenn) 制作。 该课程以 2 个视频的形式授课 - 1小时的课程时间和1小时的答疑时间，使您能更深入地了解课程的各个部分并答疑解惑。
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+[![课程3: 通过传感器和执行器与物理世界交互](https://img.youtube.com/vi/Lqalu1v6aF4/0.jpg)](https://youtu.be/Lqalu1v6aF4)
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+[![课程 3: 通过传感器和执行器与物理世界交互 - 答疑解惑](https://img.youtube.com/vi/qR3ekcMlLWA/0.jpg)](https://youtu.be/qR3ekcMlLWA)
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+> 🎥 点击以上图片观看视频教程
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+## 课前小测试
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+[课前小测试](https://black-meadow-040d15503.1.azurestaticapps.net/quiz/5)
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+## 介绍
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+本节课程介绍了物联网设备的两个重要概念 - 传感器和执行器。你将亲自实践，为物联网项目添加一个光传感器，并通过获取光线亮度控制 LED 的开关，即制作一个夜灯。
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+在本课程中，我们将介绍：
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+* [传感器是什么？](#传感器是什么？)
+* [怎样使用传感器](#怎样使用传感器)
+* [传感器的类型](#传感器的类型)
+* [执行器是什么？](#执行器是什么？)
+* [怎样使用执行器](#怎样使用执行器)
+* [执行器的类型](#执行器的类型)
+
+## 传感器是什么？
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+传感器是感知物理世界的硬件设备 - 它们测量环境中的一个或多个属性并发送给物联网设备。鉴于物理世界可测量的东西很多，传感器也多种多样，从自然属性（如空气温度）到物理相互作用（如运动）。
+
+一些常见的传感器包括：
+
+* 温度传感器 - 这类传感器可感知空气温度或周围介质的温度。对于爱好者和开发人员来说，此类传感器通常集成气压和湿度的测量功能。
+* 按钮 - 这些按键在按下时会反馈。
+* 光传感器 - 这类传感器检测光的特性，可用于特定颜色、紫外线、红外光或一般可见光。
+* 摄像头 - 这类传感器检通过拍摄照片或视频来感知世界的视觉表现。
+* 加速度计 - 这类传感器可感测多个方向的运动。
+* 麦克风 - 这类传感器可感知声音，无论是一般声级或定向声音。
+
+✅ 做个研究。看看你的手机中有哪些传感器？
+
+所有传感器都有一个共同点 - 它们将感知到的任何信息转换为可以被物联网设备解释的电信号。如何解释此电信号取决于传感器，以及与物联网设备通信的协议。
+
+## 怎样使用传感器
+
+按照以下指南将传感器添加到物联网设备：
+
+* [Arduino - Wio 终端](wio-terminal-sensor.zh-cn.md)
+* [单板计算机 - 树莓派](pi-sensor.zh-cn.md)
+* [单板计算机 - 虚拟设备](virtual-device-sensor.zh-cn.md)
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+## 传感器的类型
+
+传感器可以是模拟的，也可以是数字的。
+
+### 模拟传感器
+
+最基本的传感器是模拟传感器。这些传感器从物联网设备获取电压，传感器组件调整电压，并测量从传感器返回的电压给出传感器值。
+
+> 🎓 电压是衡量将电流从一端移动到另一端的推力度量，例如从电池的正极到负极。例如，标准AA电池为1.5V（V是伏特的符号），即能够以1.5V的力将电流从其正极推到负极。不同的电气硬件需要不同的电压才能工作，例如，LED可以点亮2-3V，但100W灯丝灯泡需要240V。你可以在 [Voltage page on Wikipedia](https://wikipedia.org/wiki/Voltage) 上了解更多有关电压的信息。
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+比如电位计。是可以在两个位置间旋转的刻度盘，传感器会测量旋转角度。
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+![A potentiometer set to a mid point being sent 5 volts returning 3.8 volts](../../../images/potentiometer.png)
+
+物联网设备将以电压（例如 5V）向电位计发送电信号。当电位计调整时，它会改变从另一侧发出的电压。假设电位计标有从 0 到 [11](https://wikipedia.org/wiki/Up_to_eleven) 的刻度盘，如放大器上的音量旋钮。当电位计处于完全关闭位置 (0) 时，即输出 0V。当处于完全打开位置 (11) 时，即输出 5V。
+
+> 🎓 这是个简单例子，你可以在 [potentiometer Wikipedia page](https://wikipedia.org/wiki/Potentiometer) 了解更多有关电位计和可变电阻器的信息。
+
+
+之后，物联网设备读取来自传感器的电压，并对其响应。根据传感器的不同，该电压可以是任意值或映射到标准单位。例如，基于 [热敏电阻](https://wikipedia.org/wiki/Thermistor) 的温度传感器会根据温度改变其电阻。输出电压将被转换为温度单位开尔文(Kelvin)，也可使用°C或°F，这些都可通过程序实现。
+
+✅ 如果传感器返回的电压高于发送的电压（如来自外部电源）会发生什么？ ⛔️ 不要测试这个。
+
+#### 模数转换
+
+物联网设备是数字的 - 其不能使用模拟值，只能使用 0 和 1。这意味着模拟传感器值需要先转换为数字信号后，才能进行处理。许多物联网设备具有模数转换器（ADC），用于将模拟输入转换为数字数值。传感器还可以通过连接器板与 ADC 配合使用。例如，在使用树莓派的Seeed Grove生态系统中，模拟传感器连接到Pi的“帽子”(扩展版)上的特定接口，“帽子”连接到Pi的GPIO引脚上，该“帽子”具有 ADC，可将电压转换为数字信号，并通过Pi的GPIO引脚发送。
+
+假设你有一个光传感器连接到使用 3.3V 并返回 1V 的 IoT 设备。1V 在数字世界中毫无意义，因此需要转换。该电如何使用刻度转换为模拟值，取决于具体设备和传感器。比如 Seeed Grove 光传感器，它输出的值从 0 到 1，023。对于以 3.3V 运行的传感器，1V 即输出 300。物联网设备无法将 300 作为输入值处理，该值将被Grove “帽子” 转换为300的二进制表示`0000000100101100`。之后再由物联网设备处理。
+
+✅ 如果你不了解二进制，请研究了解数字如何用 0 和 1 表示。[BBC Bitesize 二进制课程](https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zwsbwmn/revision/1) 是一个很好的开始。
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+从编码的角度看，这通常由传感器附带的代码库实现，因此无需自己担心转换问题。Grove 光传感器可调用 Python 库的 `light` 属性，使用 Arduino 库可调用 `analogRead` 方法转换。
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+### 数字传感器
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+数字传感器，和模拟传感器类似，可利用电压的变化来检测周围的世界。不同之处在于它们输出数字信号，要么仅测量两种状态，要么使用内置ADC。数字传感器变得越来越普遍，以减少物联网设备对连接板或ADC的需求。
+
+最简单的数字传感器是按钮或开关。一个具有两种状态（开或关）的传感器。
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+![A button is sent 5 volts. When not pressed it returns 0 volts, when pressed it returns 5 volts](../../../images/button.png)
+
+物联网设备上的引脚（如 GPIO）可直接将此信号测量为 0 或 1。如果发送的电压与返回的电压相同，则读取的值为 1，否则值为 0。其无需信号转换，只会是 1 或 0。
+
+> 💁 电压测量不会精确，尤其是传感器组件中存在一些电阻，因此通常有误差。例如，树莓派的 GPIO 引脚在 3.3V 下工作，会将高于 1.8V 的返回信号读为 1，将低于 1.8V 的返回读为 0。
+
+* 3.3V 输入按钮。按钮关闭，输出 0V，值为 0
+* 3.3V 输入按钮。按钮打开，输出 3.3V，值为 1
+
+更先进的数字传感器先读取模拟值，然后使用板载ADC将其转换为数字信号。例如，数字温度传感器使用与模拟传感器相同的热电偶方式，测量热电偶在当前温度下的电阻引起的电压变化。传感器内置的ADC不返回模拟值，也不依靠设备/连接器板转换为数字信号，而是直接将其转换为一系列 0 和 1 的编码发送给物联网设备。这些 0 和 1 的解析方式与数字信号相同，1 表示全电压，0 表示 0v。
+
+![A digital temperature sensor converting an analog reading to binary data with 0 as 0 volts and 1 as 5 volts before sending it to an IoT device](../../../images/temperature-as-digital.png)
+
+发送数字信号数据让传感器变得更加复杂，同时也更详细，甚至在安全传感器上使用加密数据。比如摄像头，该传感器捕获图像并发送其数字化信息，信息通常采用标准压缩格式，如JPEG，以便于物联网设备读取。甚至可以通过逐帧发送捕获的图像或压缩的视频流来传输视频。
+
+## 执行器是什么？
+
+执行器与传感器相反 - 它们将来自物联网设备的电信号转换为与物理世界的交互，例如发出光或声音，或移动电机。
+
+一些常见的执行器包括：
+
+* LED - 打开时会发光
+* 扬声器 - 根据接受到的信号发出声音，包括从基本的蜂鸣器到播放音乐的音频扬声器
+* 步进电机 - 将信号转换为定义的旋转量，例如将拨盘旋转 90°
+* 继电器 - 通过电信号打开或关闭的开关。可让物联网小电压设备打开较大的电压的设备。
+* 屏幕 - 更复杂的执行器，可在多段显示器上显示信息。包括从简单的LED显示屏到高分辨率视频监视器。
+
+✅ 做个研究。看看你的手机中有哪些执行器？
+
+## 怎样使用执行器
+
+按照下面的指南将执行器添加到物联网设备中，它们由传感器控制，共同制作物联网夜灯。夜灯将从光传感器接收光线亮度，在检测到的亮度较低时打开作为执行器的 LED。
+
+![A flow chart of the assignment showing light levels being read and checked, and the LED begin controlled](../../../images/assignment-1-flow.png)
+
+* [Arduino - Wio 终端](wio-terminal-actuator.zh-cn.md)
+* [单板计算机 - 树莓派](pi-actuator.zh-cn.md)
+* [单板计算机 - 虚拟设备](virtual-device-actuator.zh-cn.md)
+
+## 执行器的类型
+
+与传感器一样，执行器也可是模拟或数字的。
+
+### 模拟执行器
+
+模拟执行器获取模拟信号并将其转换为某种交互操作，该操作根据提供的电压不同而变化。
+
+例如家中可能有的调光灯。提供给灯的电压强度决定了它的亮度。
+
+
+![A light dimmed at a low voltage and brighter at a higher voltage](../../../images/dimmable-light.png)
+
+与传感器一样，物联网设备在数字信号上工作，而非模拟信号。这意味着要发送模拟信号，设备需要数模转换器（DAC），无论是自身具备或使用连接器板。这将来自物联网设备的 0 和 1 转换为执行器可以使用的模拟电压。
+
+✅ 如果物联网设备发送高于执行器能承受的电压会发生什么？
+⛔️ 不要测试这个。
+
+
+#### 脉宽调制
+
+将从设备获取的数字信号转换为模拟信号的另一种选择是脉宽调制。这需要发送大量短数字脉冲，就好像是模拟信号一样。
+
+例如，可使用 PWM(脉宽调制) 来控制电机的速度。
+
+假设你在使用一个 5V 的电机，你向电机发送短脉冲，将电压切换到高电平(5V)持续 0.02 秒。此时间内，电机可旋转十分之一，即 36°。接着信号暂停 0.02 秒后，发送低电平信号(0V)。每个开关周期持续 0.04 秒，并不断重复该循环。
+
+![Pule width modulation rotation of a motor at 150 RPM](../../../images/pwm-motor-150rpm.png)
+
+这意味着在 1 秒钟内，有 25 次 5V 脉冲使电机每次旋转 0.02 秒，每个脉冲之后有 0.02 秒的 0V 暂停电机旋转。每次脉冲使电机旋转十分之一，电机每秒将完成 2.5 转。即使用数字信号以每秒 2.5 转或 [每分钟 150 转](https://wikipedia.org/wiki/Revolutions_per_minute) (旋转速度的非标准度量) 的速度旋转电机。
+
+```output
+每秒 25 次脉冲 x 每次脉冲 0.1 转 = 每秒 2.5 转
+每秒 2.5 转 x 60 秒 = 150rpm (Revolutions Per Minute)
+```
+
+> 🎓 当 PWM 信号导通一半时间，关断一半时间时，称为[50%占空比](https://wikipedia.org/wiki/Duty_cycle)。占空比以信号处于导通与关断状态的时间百分比来衡量。
+
+![Pule width modulation rotation of a motor at 75 RPM](../../../images/pwm-motor-75rpm.png)
+
+可以通过更改脉冲的大小来更改电机速度。例如，使用相同的电机，可保持相同的 0.04 秒循环时间，导通脉冲减半至 0.01 秒，关断脉冲增加到 0.03 秒。每秒具有相同数量的脉冲 (25)，但每个脉冲的长度只有之前的一半。半长脉冲仅使电机旋转二十分之一，每秒 25 个脉冲将完成每秒 1.25 转或 75rpm。即通过改变数字信号的脉冲速度，可将电机的速度减半。
+
+```output
+每秒 25 次脉冲 x 每次脉冲 0.05 转 = 每秒 1.25 转
+每秒 1.25 转 x 60 秒 = 75rpm (Revolutions Per Minute)
+```
+
+✅ 如何保持电机平稳旋转，尤其是在低速运行时？你会使用少量具有长停顿的长脉冲，还是使用大量具有非常短停顿的短脉冲？
+
+> 💁 一些传感器还使用PWM将模拟信号转换为数字信号。
+
+> 🎓 可在 [pulse-width modulation page on Wikipedia](https://wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation) 了解更多有关脉宽调制的信息。
+
+### 数字执行器
+
+数字执行器与数字传感器一样，具有由高电压或低压控制的两种状态，或内置DAC，因此可将数字信号转换为模拟信号。
+
+例如 LED 就是简单的数字执行器。当设备发送数字信号 1 时，会发送高电压点亮 LED。当发送 0 时，电压降至 0V，LED 熄灭。
+
+![A LED is off at 0 volts and on at 5V](../../../images/led.png)
+
+✅ 你还能想到哪些简单的具备2种状态的执行器？例如螺线管，它是一种电磁铁，可通电激活磁性来执行某些操作，如移动门栓来锁定/解锁门。
+
+更先进的数字执行器，例如屏幕，需要以特定格式发送数字信息。通常利用代码库实现，以更方便准确地发送控制信息。
+
+---
+
+## 🚀 挑战
+
+最后两节课的挑战是列出尽可能多的物联网设备，这些设备可能在你家，学校或工作场所中，确定它们使用微控制器还是单板计算机，或者是两者的混合。
+
+对于列出的每个设备，它们连接到哪些传感器和执行器？连接到这些设备的每个传感器和执行器的用途是什么？
+
+## 课后小测试
+
+[课后小测试](https://black-meadow-040d15503.1.azurestaticapps.net/quiz/6)
+
+## 复习与自学
+
+* 在[ThingLearn](http://thinglearn.jenlooper.com/curriculum/) 上了解有关电力和电路的信息。
+* 在 [Seeed Studios Temperature Sensors guide](https://www.seeedstudio.com/blog/2019/10/14/temperature-sensors-for-arduino-projects/) 中了解不同类型的温度传感器。
+* 在 [Wikipedia LED page](https://wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode) 阅读有关 LED 的信息。
+
+## 作业
+
+[研究传感器和执行器](assignment.md)

1-getting-started/lessons/3-sensors-and-actuators/translations/virtual-device-actuator.zh-cn.md

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+# 制作夜灯 - 利用虚拟 IOT 硬件
+
+在这部分课程里，你将向虚拟 IOT 硬件添加 LED 灯，并使用其制作夜灯。
+
+## 虚拟硬件
+
+制作夜灯需要在 CounterFit 应用程序中添加一个执行器。
+
+该执行器就是 **LED**。 在实际的 IOT 设备中，它是 [发光二极管](https://wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode)， 通电时会发光。这是一个具有 2 种状态的数字执行器，分别为打开和关闭。发送 1 将打开 LED，发送 0 将其关闭。
+
+夜灯的伪代码逻辑如下：
+
+```output
+检查当前光线强度
+如果光线强度低于 300
+    打开 LED
+否则
+    关闭 LED
+```
+
+### 添加执行器到 CounterFit
+
+要使用虚拟 LED，需将其添加到 CounterFit 应用程序中
+
+#### 任务 - 在 CounterFit 中添加执行器
+
+在 CounterFit 应用程序中添加 LED。
+
+1. 请确保 CounterFit web 应用接着上一部分的任务继续运行。否则，开启应用程序并重新添加光传感器。
+
+2. 添加 LED:
+
+    1. 在 *Actuator* 窗格的 *Create actuator* 框中，下拉 *Actuator type* 并选择 *LED*
+
+    1. 将 *pin* 设置为 **5**
+
+    1. 选择 **Add** 按钮以在 *pin 5* 上添加 LED
+
+    ![LED 设置](../../../images/counterfit-create-led.png)
+
+	LED 将被添加并显示在执行器列表中。
+
+    ![LED 成功添加](../../../images/counterfit-led.png)
+
+	成功添加 LED 后，你可使颜色选择器修改颜色。选择 **Set** 按钮来修改颜色。
+
+### 对夜灯进行编程
+
+现在可使用 CounterFit 光传感器和 LED 对夜灯进行编程。
+
+#### 任务 - 对夜灯进行编程
+
+对夜灯进行编程。
+
+1. 在 VS Code 中打开上一部分创建的夜灯项目。如有必要，重启终端以确保它使用虚拟环境运行。
+
+1. 打开 `app.py`
+
+1. 将以下代码添加到 `app.py` 以添加依赖库。该代码需添加在开头，`import` 后。
+
+    ```python
+    from counterfit_shims_grove.grove_led import GroveLed
+    ```
+
+	`from counterfit_shims_grove.grove_led import GroveLed` 语句从 CounterFit Grove shim Python 库导入 `GroveLed` 模块。其作用是在 CounterFit 应用中与 LED 进行交互。
+
+1. 在 `light_sensor` 被声明后添加以下代码，以初始化管理 LED 的实例：
+
+    ```python
+    led = GroveLed(5)
+    ```
+
+    `led = GroveLed(5)` 语句创建 `GroveLed` 实例 - 并将 LED 连接到 CounterFit Grove 的引脚 **5** 上。
+
+1. 在 `while` 循环中添加判断， 在执行 `time.sleep` 前检查光线亮度来开关 LED:
+
+    ```python
+    if light < 300:
+        led.on()
+    else:
+        led.off()
+    ```
+
+    此代码检查 `light` 的值。若光线亮度小于 300 调用 `GroveLed` 的 `on` 方法向 LED 发送 1， 即将其打开。若亮度大于等于 300 则调用 `off` 方法向 LED 发送 0，将其关闭。
+
+    > 💁 此代码应与 while 循环内 `print('Light level:', light)` 语句缩进相同！
+
+1. 在 VS 代码终端中，执行以下 Python 程序：
+
+    ```sh
+    python3 app.py
+    ```
+
+    光线亮度值将在控制台显示。
+
+    ```output
+    (.venv) ➜  GroveTest python3 app.py 
+    Light level: 143
+    Light level: 244
+    Light level: 246
+    Light level: 253
+    ```
+
+1. 修改 *Value* 或 *Random* 选项来控制光线亮度在 300 上下波动， LED 将打开或关闭。
+
+![CounterFit 中的 LED 将根据光线强度打开或关闭](../../../images/virtual-device-running-assignment-1-1.gif)
+
+> 💁 你可以在 [code-actuator/virtual-device](code-actuator/virtual-device) 文件夹中找到此代码。
+
+😀 你的夜灯程序很成功！