【Arduino】108種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 18:05

實驗一，霍爾44E單極開關模塊

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 18:08

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 19:06

/*
【Arduino】66種傳感器模塊系列實驗（44）
實驗四十四：3144E霍爾磁性傳感器 KY-035（開關量）
*/
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
pinMode(13,OUTPUT);
}
void loop() {
Serial.println(analogRead(A0));
delay(10);
if (digitalRead(A0)) {
digitalWrite(13,LOW);
}
else {
digitalWrite(13,HIGH);
delay(100);
}
}

復制代碼

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 19:12

沒有磁場觸發信號時的噪音波形（高電平），估計與供電有關

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 19:15

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 19:22

有磁場信號時（低電平）的波形，忽略小范圍的噪音，還算挺規整的矩形波，不會誤觸發的

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 19:49

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 19:52

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 20:04

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 20:49

實驗二，霍爾49E模擬模塊，輸出模擬電壓信號，隨著磁場的極性和大小變化其輸出電壓相應變化。常用于角度控制、調速應用等。

/*
【Arduino】66種傳感器模塊系列實驗（44）
實驗四十四：49E霍爾磁性傳感器 KY-035（模擬量）之二
*/
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
pinMode(13,OUTPUT);
}
void loop() {
Serial.println(analogRead(A0));
delay(10);
if (digitalRead(A0)) {
digitalWrite(13,LOW);
}
else {
digitalWrite(13,HIGH);
delay(100);
}
}

復制代碼

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 20:55

代碼一樣，硬件不同，波形也不一樣了，本圖是沒有磁場時䣌波形，再下圖是反映磁場強度不同的情況

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 21:04

ID:513258 · 發表于 2019-7-1 21:10

ID:513258 · 發表于 2019-7-2 10:50

實驗四十五：紅外避障傳感器模塊（光電接近開關）

紅外對管
是紅外線發射管與光敏接收管，或者紅外線接收管，或者紅外線接收頭配合在一起使用時候的總稱。在光譜中波長自0.76至400微米的一段稱為紅外線。紅外線發射管在LED封裝行業中主要有三個常用的波段，如下850NM、875NM、940NM。根據波長的特性運用的產品也有很大的差異，850NM波長的主要用于紅外線監控設備，875NM主要用于醫療設備，940NM波段的主要用于紅外線控制設備，如紅外線遙控器、光電開關、光電計數設備等。

ID:513258 · 發表于 2019-7-2 11:13

紅外線發射管（IR LED）
也稱紅外線發射二極管，屬于二極管類。它是可以將電能直接轉換成近紅外光（不可見光）并能輻射出去的發光器件，主要應用于各種光電開關、觸摸屏及遙控發射電路中。紅外線發射管的結構、原理與普通發光二極管相近，只是使用的半導體材料不同。紅外發光二極管通常使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，采用全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝。

ID:513258 · 發表于 2019-7-2 11:16

主要參數
發射距離、發射角度（15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度）、發射的光強度、波長。以上為物理參數，需了解其電性能參數：市場上常用的直徑3mm,5mm為小功率紅外線發射管，8mm,10mm為中功率及大功率發射管。小功率發射管正向電壓：1.1－1.5V，電流20mA,中功率為正向電壓：1.4-1.65V 50－100mA，大功率發射管為正向電壓：1.5-1.9V200－350mA.煜星電子做出1－10W大功率紅外線發射管可應用于紅外監控照明。

ID:513258 · 發表于 2019-7-2 11:19

工作原理
普通的的紅外線發射管外形和一般的可見光LED相似，但卻是發出紅外線。其管壓一般降約1.4v，工作電流一般小于20mA。為了適應不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻。發射紅外線去控制相應的受控裝置時，其控制的距離與發射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離，紅外發光二極管工作于脈沖狀態，因為脈動光（調制光）的有效傳送距離與脈沖的峰值電流成正比，只需盡量提高峰值Ip，就能增加紅外光的發射距離。提高Ip的方法，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度T，一些彩電紅外遙控器，其紅外發光管的工作脈沖占空比約為1/3-1/4；一些電器產品紅外遙控器，其占空比是1/10。減小脈沖占空比還可使小功率紅外發光二極管的發射距離大大增加。普通的紅外發光二極管，其功率分為小功率(1mW-10mW)、中功率（20mW-50mW)和大功率（50mW-100mW以上)三大類。要使紅外發光二極管產生調制光，只需在驅動管上加上一定頻率的脈沖電壓。紅外發光二極管發射紅外線去控制受控裝置時，受控裝置中均有相應的紅外光一電轉換元件，如紅外接收二極體，光電三極管等。

ID:513258 · 發表于 2019-7-2 12:22

紅外光
是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，由英國科學家赫歇爾于1800年發現，又稱為紅外熱輻射，熱作用強。他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計，試圖測量各種顏色的光的加熱效應。結果發現，位于紅光外側的那支溫度計升溫最快。因此得到結論：太陽光譜中，紅光的外側必定存在看不見的光線，這就是紅外線。也可以當作傳輸之媒介。太陽光譜上紅外線的波長大于可見光線，波長為0.75～1000μm。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為(0.75-1)～(2.5-3)μm之間；中紅外線，波長為(2.5-3)～(25-40)μm之間；遠紅外線，波長為(25-40)～l500μm 之間。

ID:513258 · 發表于 2019-7-2 12:51

紅外線（Infrared）
是波長介于微波與可見光之間的電磁波，波長在1mm到760納米（nm）之間，比紅光長的非可見光。高于絕對零度（-273.15℃）的物質都可以產生紅外線。現代物理學稱之為熱射線。醫用紅外線可分為兩類：近紅外線與遠紅外線。含熱能，太陽的熱量主要通過紅外線傳到地球。如圖所示，我們把紅光之外的輻射叫做紅外線（紫光之外是紫外線），肉眼不可見。可見光是指肉眼可見的光波域從400nm（紫光）到700nm（紅光），而波長760nm到1mm之間的光稱為紅外線，是一種肉眼看不到的光。借助一些光學設備，我們可以感受到紅外線，通常紅外線攝像機接收到紅外線后會將其轉化為可見的綠光，我們的肉眼永遠見不到真正的紅外線。電影中常出現的能看到紅外線的眼鏡也是不存在的。

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 07:14

紅外線接收管
是在LED行業中命名的，是專門用來接收和感應紅外線發射管發出的紅外線光線的。一般情況下都是與紅外線發射管成套運用在產品設備當中。紅外線接收管有兩種，一種是光電二極管，另一種是光電三極管。光電二極管就是將光信號轉化為電信號，光電三極管在將光信號轉化為電信號的同時，也把電流放大了。因此，光電三極管也分為兩種，分別是NPN型和PNP型。紅外接收管的作用是進行光電轉換，在光控、紅外線遙控、光探測、光纖通信、光電耦合等方面有廣泛的應用。

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 07:22

工作原理
紅外線接收管是將紅外線光信號變成電信號的半導體器件，它的核心部件是一個特殊材料的PN結，和普通二極管相比，在結構上采取了大的改變，紅外線接收管為了更多更大面積的接受入射光線，PN結面積盡量做的比較大，電極面積盡量減小，而且PN結的結深很淺，一般小于1微米。紅外線接收二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很小（一般小于0.1微安），稱為暗電流。當有紅外線光照時，攜帶能量的紅外線光子進入PN結后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產生電子---空穴對（簡稱：光生載流子）。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導”。紅外線接收二極管在一般照度的光線照射下，所產生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應變化。

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 07:31

紅外避障傳感器模塊（距離可調光電接近開關）

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 07:41

模塊描述
該傳感器模塊對環境光線適應能力強，其具有一對紅外線發射與接收管，發射管發射出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經過比較器電路處理之后，綠色指示燈會亮起，同時信號輸出接口輸出數字信號（一個低電平信號），可通過電位器旋鈕調節檢測距離，有效距離范圍 2～30cm，工作電壓為 3.3V-5V。該傳感器的探測距離可以通過電位器調節、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點，可以廣泛應用于機器人避障、避障小車、流水線計數及黑白線循跡等眾多場合。

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 07:55

紅外避障模塊電原理圖

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 08:05

模塊參數說明
1 當模塊檢測到前方障礙物信號時，電路板上綠色指示燈點亮電平，同時 OUT端口持續輸出低電平信號，該模塊檢測距離 2～30cm，檢測角度 35°，檢測距離可以通過電位器進行調節，順時針調電位器，檢測距離增加；逆時針調電位器，檢測距離減少；
2、傳感器主動紅外線反射探測，因此目標的反射率和形狀是探測距離的關鍵。其中黑色探測距離最小，白色最大；小面積物體距離小，大面積距離大；
3、傳感器模塊輸出端口 OUT 可直接與單片機 IO 口連接即可，也可以直接驅動一個 5V 繼電器；連接方式：VCC-VCC；GND-GND；OUT-IO；
4、比較器采用 LM393，工作穩定；
5、可采用 3-5V 直流電源對模塊進行供電。當電源接通時，紅色電源指示燈點亮；
6、具有 3mm 的螺絲孔，便于固定、安裝；
7、電路板尺寸：3.2CM*1.4CM
8、每個模塊已經將閾值比較電壓通過電位器調節好，非特殊情況，請勿隨意調節電位器。

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 08:08

模塊接口說明
1 VCC 外接 3.3V-5V 電壓（可以直接與 5v 單片機和 3.3v 單片機相連）
2 GND 外接 GND
3 OUT 小板數字量輸出接口（0 和 1）

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 08:28

/*
【Arduino】66種傳感器模塊系列實驗（45）
實驗四十五：紅外避障傳感器模塊（距離可調光電接近開關）
*/
void setup()
{
pinMode(3,INPUT);
pinMode(13,OUTPUT);
}
void loop()
{
if (digitalRead(3)) {
digitalWrite(13,LOW);
delay(1000);
}
else
{
digitalWrite(13,HIGH);
}
}

復制代碼

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 08:35

實驗的靈敏度比預料高一些，感應到單只手，40CM處就可觸動開關了

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 08:56

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 08:58

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 11:30

本帖最后由 eagler8 于 2019-7-3 12:00 編輯

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 11:30

本帖最后由 eagler8 于 2019-7-3 12:25 編輯

實驗四十六：350Ω高精度電阻式應變片傳感器 (彎曲感測器)

應變片
是由敏感柵等構成用于測量應變的元件。電阻應變片的工作原理是基于應變效應制作的，即導體或半導體材料在外界力的作用下產生機械變形時，其電阻值相應的發生變化，這種現象稱為“應變效應”。

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 11:33

為了系列實驗和了解應變片，我特意去網上買了一片，就是其體積挺驚人，在包裝盒里面好不容易才找到

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 11:58

應變效應
金屬導體的電阻值，隨著它受力所產生機械變形（拉伸或壓縮）的大小而發生變化的現象，稱之為金屬的電阻應變效應。電阻值將發生變化這種現象稱為“應變效應”。根據應變效應將應變片粘貼于被測材料上被測材料受到外界作用產生的應變就會傳送到應變片上使應變片的電阻值發生變化通過測量應變片電阻值的變化就可得知被測機械量的大小。

應變效應應用范圍十分廣泛，可測量應變、應力、力矩、位移、加速度、扭矩等物理參量。電阻式應變片應用模式有兩種，一是將應變片粘貼于彈性剛體上組成平衡電橋，然后接到轉換電路，構成專用應變傳感器；二是將應變片粘貼于被測物體上，然后接到專用應變儀直接讀取應變量。

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 12:08

電阻應變片
電阻應變片的工作原理是基于應變效應制作的，即導體或半導體材料在外界力的作用下產生機械變形時，其電阻值相應的發生變化，這種現象稱為“應變效應”。半導體應變片是用半導體材料制成的，其工作原理是基于半導體材料的壓阻效應。壓阻效應是指當半導體材料某一軸向受外力作用時，其電阻率發生變化的現象。應變片是由敏感柵等構成用于測量應變的元件，使用時將其牢固地粘貼在構件的測點上，構件受力后由于測點發生應變，敏感柵也隨之變形而使其電阻發生變化，再由專用儀器測得其電阻變化大小，并轉換為測點的應變值。金屬電阻應變片品種繁多，形式多樣，常見的有絲式電阻應變片和箔式電阻應變片。箔式電阻應變片是一種基于應變——電阻效應制成的，用金屬箔作為敏感柵的，能把被測試件的應變量轉換成電阻變化量的敏感元件。

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 13:49

工作原理
電阻應變計有兩方面的應用：一是作為敏感元件，直接用于被測試件的應變測量；另一是作為轉換元件，通過彈性元件構成傳感器，用以對任何能轉變成彈性元件應變的其它物理量作間接測量。用應變片測量時，將其粘貼在被測對象表面上。當被測對象受力變形時，應變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發生相應變化，通過轉換電路轉換為電壓或電流的變化，從而實現應變的測量。

金屬電阻應變片的工作原理是電阻應變效應，即金屬絲在受到應力作用時，其電阻隨著所發生機械變形(拉伸?蜓顧?)的大小而發生相應的變化。電阻應變效應的理論公式如下:

R=ρ*(L/S)

式中：ρ—電阻率(Ω·mm2/m) L—金屬絲的長度(m) S—金屬絲的截面積(mm2)

由上式可知，金屬絲在承受應力而發生機械變形的過程中，ρ、L、S三者都要發生變化，從而必然會引起金屬絲電阻值的變化。當受外力伸張時，長度增加，截面積減小，電阻值增加;當受壓力縮短時，長度減小，截面積增大，電阻值減小。因此，只要能測出電阻值的變化，便可知金屬絲的應變情況。這種轉換關系為

ΔR/R=Koε

式中:R—金屬絲電阻值的變化量;
Ko—金屬材料的應變靈敏系數,它主要由試驗方法確定,且在彈性極限內基本為常數值;
ε—金屬材料的軸向應變值,即ε=ΔL/L，因此又稱ε為長度應變值,對金屬絲而言,其值勤在0.24~0.4之間。

在實際應用中，將金屬電阻應變片粘貼在傳感器彈性元件或被測饑械零件的表面。當傳感器中的彈性元件或被測機械零件受作用力產生應變時，粘貼在其上的應變片也隨之發生相同的機械變形，引起應變片電阻發生相應的變化。這時，電阻應變片便將力學量轉換為電阻的變化量輸出。

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 13:58

主要參數
◎型號：BF350-3AA
◎靈敏系數：2.00-2.20
◎靈敏系數分散：≤±1%
◎應變極限：2.0%
◎疲勞壽命：≥1M
◎柵絲：長x寬3.2（W）x 3.1（D）mm
◎基底尺寸：7.1（W）x 4.5（D）mm
◎基底材料：改性酚醛基底。
◎柵絲材料：康銅箔（Constantan）制成，全封閉結構。
◎阻值：350Ω

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 14:19

傳感器說明 Product IntroduceTOP
◎應變片的電阻變化很微小，需搭配小信號放大電路使用檢測其微小的變化，通常選擇一個電路，這個電路中應變片電阻的變化能對電路起到控制作用，使電路能夠輸出與電阻變化類似的電信號（電壓或電流），然后對這個信號進行適當的處理就可以（放大處理）。
◎電阻應變片的工作原理是基于應變效應制作的，即導體或半導體材料在外界力的作用下產生機械變形時，其電阻值相應的發生變化，這種現象稱為“應變效應”。
◎將應變片貼在被測定物上，使其隨著被測定物的應變一起彎曲，這樣里面的金屬箔材就隨著應變彎曲。很多金屬在機械性地彎曲時其電阻會隨之變化。
◎也可稱為彎曲感測器，檢測彎曲度換算的，把應變片貼在載體上如：鐵鋁塑料片然后彎曲載體，就應變片檢測到彎曲輸出電壓就會發生變化。可以把應變片貼在任何物體上，檢測彎曲，然后模塊彎曲轉換電壓。

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 15:24

原理：檢測彎曲度換算的，把應變片貼在載體上如：鐵鋁塑料片然后彎曲載體，就應變片檢測到彎曲輸出電壓就會發生變化，可以把應變片貼在任何物體上，檢測彎曲，然后我們模塊彎曲轉換電壓。

ID:513258 · 發表于 2019-7-3 15:32

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【Arduino】108種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）