Arduino 火焰传感器 + 蜂鸣器：做一个火灾警报器（RBT 专题）

这个模块上的火焰传感器完全感觉不到热。它其实是一颗红外光电二极管，看的是 760–1100nm 的光；板上那颗蓝色电位器设定一个参考电压，而 LM393 比较器会在光电二极管的读数越过这个参考的那一瞬间，把 DO 引脚从 HIGH 拉到 LOW。让蜂鸣器叫起来的就是这一次跳变——所以所谓「调灵敏度」，实际上是在挑一个阈值，而这个阈值是可以量出来的。因为它认的是直视视线里的光，这是一个 RBT 课堂演示装置，不是家用烟雾探测器的替代品。

这个火焰传感器模块怎么知道有火？

FLAME4P 火焰传感器模块是一块青蓝色的小板，一端伸出一颗黑色的子弹头：一颗 5mm 红外光电二极管，响应波段是 760nm 到 1100nm，视角大约 60 度。火焰在这个波段里确实辐射得很强——但很多别的东西也一样，而这个事实几乎能解释这个模块的每一种行为。

落在光电二极管上的红外光会让它更导通，于是它旁边那个分压点的电压往下掉——这个电压原原本本地送到 AO 引脚上。标着 103（10k）的蓝色电位器则是另一个完全独立的分压器，做出一个由你自己选定的固定参考电压。中间那颗八只脚的黑色芯片是 TI 的 LM393 双路比较器，它只干一件事：比较这两个电压，宣布哪一个更高。

干净的时候 AO 坐在高位，红外一强它就往下掉——火焰越近，analogRead() 读到的数字越小。DO 平时是 HIGH，检测到火焰时降到 LOW，DO-LED 同时点亮。这两件事你都可以自己验证，不必相信任何人。LM393 在反相输入高于同相输入时把输出拉低。在这块板上，AO 喂的是同相输入，电位器喂的是反相输入，所以火焰把 AO 压到参考电压以下时，反相输入就成了更高的那一个——输出于是被拉到 LOW。桌面上看到的现象和比较器的规则，给出的是同一个答案。

LM393 的输出还是集电极开路的：里面只有一只能把 DO 拉到 GND 的晶体管，没有任何东西能把它推回高电平。没有上拉电阻，这只脚就是悬空的，它的 HIGH 什么都不代表。模块板上已经带了这颗电阻，所以 pinMode(pin, INPUT) 就够了；INPUT_PULLUP 只是再并上第二颗上拉电阻而已。

把这块板弄懂一次，你等于拿到了一大串模块的钥匙：同样的青色板 + 蓝色电位器 + LM393 + VCC/GND/DO/AO 排列，正是我们的土壤湿度模块、声音模块、红外避障传感器和 LDR 光敏模块。同一颗红外光电二极管也在循线小车里读地面的反射——一样的物理，不一样的活。

为什么这是课堂里的警报器，而不是家里的防护？

这一类火焰传感器需要直视的视线，而这个限制正是从它的工作原理直接来的：它检测的是光，不是火。所以它会漏掉没有明火、只在阴燃的火情，它完全看不见烟，它也对家具后面或隔壁房间的火完全失明。真正保护一个家的，是通过认证的烟雾探测器，不是这个项目。如果你想测的是颗粒物和空气质量，那该看我们的空气质量与烟霾传感器指南。

同一个限制也解释了每一次误报。穿过窗户的阳光、白炽灯或卤素灯、CCTV 摄像头上的红外补光灯，甚至电视遥控器打出的红外脉冲——统统落在同一段 760–1100nm 里。规律很好记：能骗过这个传感器的是会发光的东西，而不只是热的东西。

用真火测试要按实验室的常规纪律来。一支小蜡烛或打火机，放在一臂距离外，有老师或成年人在旁看着，桌面清空、附近不要有易燃物；不要用大火焰，也不要让它无人看管。除此之外，整个作品都是低压直流——唯一跟市电有关的就是那个选配的墙插适配器，一个双重绝缘的封闭成品，你只需要把它插进插座，不拆开、也不改装。

火焰传感器、蜂鸣器和 Uno 要怎么接？

FLAME4P 模块出厂只有一种接口：一排 2.54mm 的 4-pin 公排针，标着 VCC、GND、DO、AO。而 Arduino Uno 朝上的那一面全是母座。公针当然插得进母座——问题在别处：模块那四只脚是紧挨着的，可它需要的四个信号（5V、GND、D2 和 A0）却分散在 Uno 三个不同的排座上。所以这个模块没办法直接插在板子上，每一个信号都得有自己的一条线。SFM-20B 蜂鸣器则是另一种麻烦：它的两条线末端是裸露的镀锡铜丝，没有任何连接器——直接戳进母座，它会散开，然后在演示到一半时掉出来。

170 孔迷你面包板一次把两个问题都解决了，因为里面的弹簧夹片本来就是设计来夹住公针以及裸线头的。注意：这个 170 孔的尺寸没有 + 和 − 电源轨。它自己的孔数就是证明——两组 × 17 列 × 5 孔 = 刚好 170，也就是说每一个孔都已经属于接线区，一个都不剩给电源轨。这个作品全部用列来接。板上也没有印列号，所以下面表格里的「第 1 列」，指的是你自己挑的四个相邻列中的第一列。

这就带出面包板最有用的那一点：同一列里的五个孔，是同一个电气节点。正因如此，蜂鸣器的黑线可以插进跟模块 GND 脚同一列——它们在板子内部已经连通了，所以只需要占用 Uno 的一个 GND 脚。模块的排针是从板子的一端伸出来的，不是从正面，所以插上去之后模块是竖着站起来的——而那颗黑色子弹头长在另一端，于是它朝上望着天花板，而不是横着扫过桌面。把它的两只脚轻轻掰一下，或者把模块整个斜过来，让那颗头对准你真正想覆盖的区域；然后在真实距离上用 DO-LED 确认一次。

从	面包板列	接到 Uno	用什么线
FLAME4P — VCC	第 1 列	5V	M-M 杜邦线
FLAME4P — GND	第 2 列（共用）	GND	M-M 杜邦线
FLAME4P — DO	第 3 列	D2	M-M 杜邦线
FLAME4P — AO	第 4 列	A0	M-M 杜邦线
蜂鸣器 — 红线（+）	另外一列	D8	M-M 杜邦线
蜂鸣器 — 黑线（−）	第 2 列，跟模块 GND 同一列	—	不用再加线

总共只要五根公对公杜邦线，因为最后一行是面包板替你连的，不是线连的。这颗蜂鸣器分正负：红线接被驱动的那只脚，黑线接 GND；接反了它就只是不响。

这颗蜂鸣器不需要三极管，账是这样算的。SFM-20B 的额定电压是 12V DC，在这个额定值下的最大电流是 12mA（工作范围 3–24V，固定音调 3300±500Hz），所以用 5V 驱动时它吃得更少。Uno 这一侧，ATmega328P 数据手册把每只 I/O 引脚的直流电流绝对最大值定在 40.0mA，而它的输出电平是按 20mA 保证的——VCC 5V、拉出 20mA 时，引脚仍然保证至少有 4.2V。不到 12mA，稳稳地待在这两个数字下面。

老实说另一半：这颗蜂鸣器的主要响度指标是在那个 12V 额定值下给的，所以在 5V 下它会轻一些——够桌面演示或课堂用，但不是警笛。想要它全力尖叫？让蜂鸣器跑 12V，再用一颗小三极管去开关它。这个活别用继电器——那是机械开关，一秒响好几声的节奏会啃掉它的触点寿命。

那颗蓝色电位器要怎么才算校准对了？

FLAME4P 上的 10k 电位器设定的是一个阈值，所以校准它不是「拧到能用为止」——它是一次测量。这也正是下面这份 sketch 要把 analogRead(A0) 打到 Serial Monitor 的原因：那个数字给你两个边界标记。

1. 用 9600 baud 打开 Serial Monitor，桌面干净、没有火。记下稳定下来的 AO 读数——这就是你的「干净」数。
2. 把火焰拿到你真正想覆盖的距离上，比如 20 厘米。记下新的 AO 读数；它会更低。
3. 慢慢拧电位器，直到 DO 在这两个数字之间翻转状态。DO-LED 会同时亮，所以这个跳变点不看屏幕也看得见。方向不用背：桌面干净时轻轻拧一点，看哪个方向会把 DO-LED 点亮——那个方向就是更灵敏的一边。

这也解释了为什么把电位器拧到底从来都不管用。一头会把参考电压放在你的干净读数之上，于是 DO 一直是 LOW，警报响个不停；另一头把它放在你的火焰读数之下，于是 DO 永远不动。有用的阈值，永远落在刚才那两次测量之间。

想亲眼看看拧螺丝时 DO-LED 真的在跳？这段模块演示录的正是同一个硬件：

这个火灾警报器的 Arduino 代码长什么样？

SFM-20B 是一颗有源蜂鸣器——振荡电路在它自己肚子里，所以 digitalWrite(HIGH) 让它响、digitalWrite(LOW) 让它安静。tone() 不会改变它的音调，它也放不了旋律；断续的响声来自你的代码，不是来自蜂鸣器。

还有一个设计决定值得解释：这份 sketch 要求连续五次读数都确认有火，才让它叫。采样每 20 毫秒一次，警报只在第五个样本上才启动，所以火光必须连续维持 80 到 100 毫秒——80ms 是第一个样本到第五个样本之间的间隔，剩下的取决于采样相位。相机闪光灯只有几毫秒，遥控器发的是断断续续的短脉冲——两者都填不满这个窗口，而真正的火焰轻轻松松就填满了。至于十分之一秒，也不会耽误任何要紧的事。

// 火灾警报器：火焰传感器模块（FLAME4P）+ SFM-20B 有源蜂鸣器。
// 这个模块的 DO 是 active-LOW：平时 HIGH，检测到火焰时落到 LOW。
// AO 则是反过来走的 - 没火时最高，红外一强就往下掉。Serial 会把两个
// 都打出来，这样你就能用自己这一颗的真实数字，去校准那颗蓝色电位器。

const int PIN_DO   = 2;    // 模块的数字输出（板上已经带了上拉电阻）
const int PIN_AO   = A0;   // 光电二极管分压点的原始电压
const int PIN_BUZZ = 8;    // 蜂鸣器的红线

// 每 20 ms 采样一次，连续 5 个样本确认才算火：
// 火光必须连续维持 80-100 ms。相机闪光灯和电视遥控器的短脉冲
// 都填不满这个窗口；真正的火焰可以。
const unsigned long SAMPLE_MS    = 20;
const int           CONFIRM_HITS = 5;

// 断续的响声比一直尖叫更容易听清楚，而这颗有源蜂鸣器只认 HIGH 和
// LOW - 所以节奏得由代码来做。
const unsigned long BEEP_ON_MS  = 400;
const unsigned long BEEP_OFF_MS = 200;

// 校准读数每秒打 4 次就好，这样 Serial Monitor 还看得过来。
const unsigned long PRINT_MS = 250;

unsigned long lastSample = 0;
unsigned long lastPrint  = 0;
unsigned long beepMark   = 0;

int  hits     = 0;       // 已经连续确认了几个样本有火
bool alarming = false;
bool beepHigh = false;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  // 是 INPUT，不是 INPUT_PULLUP。LM393 的输出是集电极开路 - 它只能
  // 把电平拉到 LOW - 而模块自己已经带了上拉电阻，所以 Uno 的内部
  // 上拉在这里没有活可干。
  pinMode(PIN_DO, INPUT);

  pinMode(PIN_BUZZ, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_BUZZ, LOW);

  Serial.println(F("Flame sensor ready. AO high = no flame. DO LOW = flame detected."));
}

void loop() {
  unsigned long now = millis();

  if (now - lastSample >= SAMPLE_MS) {
    lastSample = now;

    bool flameNow = (digitalRead(PIN_DO) == LOW);

    if (flameNow) {
      if (hits < CONFIRM_HITS) hits++;
    } else {
      hits = 0;
    }

    bool wantAlarm = (hits >= CONFIRM_HITS);

    if (wantAlarm && !alarming) {
      alarming = true;
      beepHigh = true;
      beepMark = now;
      digitalWrite(PIN_BUZZ, HIGH);
      Serial.println(F("FLAME DETECTED - alarm on"));
    } else if (!wantAlarm && alarming) {
      alarming = false;
      beepHigh = false;
      digitalWrite(PIN_BUZZ, LOW);
      Serial.println(F("Clear - alarm off"));
    }
  }

  // 断续的响声节奏，不用 delay()，好让传感器继续被读。
  if (alarming) {
    unsigned long span = beepHigh ? BEEP_ON_MS : BEEP_OFF_MS;
    if (now - beepMark >= span) {
      beepMark = now;
      beepHigh = !beepHigh;
      digitalWrite(PIN_BUZZ, beepHigh ? HIGH : LOW);
    }
  }

  // 校准行：先是 AO，然后是由电位器决定的 DO 状态。
  if (now - lastPrint >= PRINT_MS) {
    lastPrint = now;
    Serial.print(F("AO="));
    Serial.print(analogRead(PIN_AO));
    Serial.print(F("  DO="));
    Serial.println(digitalRead(PIN_DO) == LOW ? F("LOW (flame)") : F("HIGH (clear)"));
  }
}

注意 loop() 里一个 delay() 都没有。响声的节奏是由 millis() 驱动的，所以哪怕蜂鸣器正在叫，传感器仍然每 20ms 被读一次——否则每一声响的那段时间里，警报器对整个世界都是聋的。

也留意一下它的不对称：要五个样本才启动警报，但只要一个干净的样本就足够把它关掉。蜂鸣器叫得断断续续、忽响忽停，说明你的阈值贴你的火焰读数贴得太近了。想让它一旦响起来就一直响到人为关掉？在它启动之后就把 alarming 钉在 true，只留 Uno 的 reset 按钮去清掉它。

我们从真实客户身上看到的常见错误

这个火焰传感器模块最常见的一个，是把 DO 读反了：代码认为 HIGH 才是有火，结果做出来的警报器一直在响，只有把火拿给它看的时候才安静。第二名：指望一颗有源蜂鸣器唱歌，试着用 tone()，然后以为蜂鸣器坏了。

接下来是把电位器拧到底的那种——一头是永远响，另一头是永远聋——而它真正的位置，是在两个量出来的 AO 读数之间。这个错误常常还配着另一个：测试台就摆在被太阳直射的窗边，然后得出「传感器坏了」的结论，而它其实完全在照着设计工作。

还有两个跟硬件有关。蜂鸣器的镀锡裸线被直接戳进 Uno 的母座，然后散开，演示到一半掉出来——这就是材料清单里放着面包板的原因。至于供电：选 9V 的适配器，不要 5V。Uno 的 barrel jack 喂的是板载稳压器，而稳压器只能把电压往下降——所以 Arduino 建议这个插孔用 7–12V，而 9V 正好落在中间。

关于 Arduino 火焰传感器的常见问题

为什么没有火，我的蜂鸣器也一直在响？

几乎每次都是 DO 读反了。这个模块是 active-LOW 的，所以你的判断必须是 digitalRead(pin) == LOW。如果代码本来就写对了，那么 DO-LED 一直亮就说明电位器的参考电压坐在你的干净 AO 读数之上——往回拧，直到那颗 LED 熄灭。

这个传感器可以代替家里的烟雾探测器吗？

不能，而且这跟元件质量无关。它认的是直视视线里的光，所以没有明火的阴燃、烟，以及墙后的火，全都会被漏掉。把它当作 RBT 演示装置或学校电子专题项目来用，保护家的事交给通过认证的烟雾探测器。

为什么一开灯或者一拉开窗帘，警报就响了？

那颗光电二极管响应的是 760–1100nm，而阳光、白炽灯、卤素灯以及 CCTV 摄像头的红外补光灯，在这一段里都辐射得很强。把传感器挪开直射的阳光，然后在它实际要工作的位置重新校准一次。

SFM-20B 蜂鸣器能用 tone() 放旋律吗？

不能。它是有源蜂鸣器，振荡器内建在 3300±500Hz 上，所以只有一个音。digitalWrite() 给 HIGH 它就响、给 LOW 它就停；断续的节奏是在代码里安排这只脚的时间做出来的。

用 Arduino 引脚直接驱动这颗蜂鸣器，需要三极管吗？

不需要。SFM-20B 的额定电压是 12V，在该额定值下的最大电流是 12mA，所以用 5V 驱动时它吃得更少——舒舒服服地待在 ATmega328P 数据手册给每只 I/O 引脚定的 40.0mA 绝对最大值之下。只有当你把蜂鸣器提到 12V 时，才需要三极管。

最后更新：2026年8月。有问题？WhatsApp 联系我们。