【Arduino】108種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-22 19:29

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-22 19:31

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-22 19:33

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-22 19:41

實驗六十六： TCRT5000紅外反射光電開關(guān)尋跡傳感器模塊

反射式光電開關(guān)

也屬于紅外線不可見光產(chǎn)品，是一種小型光電元器件，它可以檢測出其接收到的光強的變化。在前期是用來檢測物體有無感應(yīng)到的,它是由一個紅外線發(fā)射管跟一個紅外線接收管組合而成，它的發(fā)射波長是780nm-1mm，發(fā)射器帶一個校準(zhǔn)鏡頭，將光聚焦射向接收器，接收器出電纜將這套裝置接到一個真空管放大器上。檢測對象是當(dāng)它進入間隙的開槽開關(guān)和塊光路之間的發(fā)射器和檢測器, 當(dāng)物體接近到滅弧室，接收器的一部分收集的光線從對象反射到光電元件上面。它是利用物體對紅外線光束遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無的，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-22 20:23

TCRT5000
其工作原理與一般的紅外傳感器一樣，一傳一感TCRT5000具有一個紅外發(fā)射管和一個紅外接收管，當(dāng)發(fā)射管的紅外信號經(jīng)反射被接收管接收后，接收管的電阻會發(fā)生變化，在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來，而經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換或LM324等電路整形后得到處理后的輸出結(jié)果，電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號強度，常表現(xiàn)在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-22 20:31

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 05:14

工作環(huán)境
+：接直流DC5V正極
-：接直流DC5V負(fù)極
S：信號輸出端，光敏三極管飽和，此時模塊的輸出端為高電平，指示二極管被點亮
工作電壓：DC 3V~5.5V，推薦工作電壓為5V
檢測距離：1mm~8mm適用，焦點距離為2.5mm

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 05:17

TCRT5000的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，當(dāng)發(fā)射出的紅外線沒有被反射回來或被反射回來但強度不夠大時，光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，此時模塊的輸出端為低電平，指示二極管一直處于熄滅狀態(tài)；被檢測物體出現(xiàn)在檢測范圍內(nèi)時，紅外線被反射回來且強度足夠大，光敏三極管飽和，此時模塊的輸出端為高電平，指示二極管被點亮。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 05:28

TCRT5000探頭的幾個應(yīng)用電路

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 05:32

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 05:38

TCRT5000紅外反射光電開關(guān)尋跡傳感器模塊

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 05:48

模塊介紹
1、采用 TCRT5000 紅外反射傳感器
2、檢測反射距離：1mm~25mm 適用
3、比較器輸出，信號干凈，波形好，驅(qū)動能力強，超過 15mA
4、配多圈可調(diào)精密電位器調(diào)節(jié)靈敏度
5、工作電壓 3.3V-5V
6、輸出形式：數(shù)字開關(guān)量輸出（0 和 1）
7、設(shè)有固定螺栓孔，方便安裝
8、小板 PCB 尺寸：3.2cm x 1.4cm
9、使用寬電壓 LM393 比較器

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 05:52

模塊電原理圖

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 06:17

模塊描述
該傳感器模塊對環(huán)境光線適應(yīng)能力強，其具有一對紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)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(jīng)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(shù)字信號（一個低電平信號），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點，可以廣泛應(yīng)用于電度表脈沖數(shù)據(jù)采樣、傳真機碎紙機紙張檢測、流水線計數(shù)、機器人避障、避障小車、及黑白線循跡等眾多場合。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 06:23

接線方式
1、VCC:接電源正極（3-5V）
2、GND:接電源負(fù)極
3、DO:TTL開關(guān)信號輸出
4、AO:模擬信號輸出(不同距離輸出不同的電壓，此腳一般可以不接）

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 08:37

本帖最后由 eagler8 于 2019-7-23 10:48 編輯

/*
【Arduino】66種傳感器模塊系列實驗（66）
實驗六十六： TCRT5000紅外反射光電開關(guān)尋跡傳感器模塊
*/
int ledPin=13;//定義數(shù)字接口13為LED輸出接口
int pin=10;//定義數(shù)字檢測接口pin0
int val;//定義變量
void setup()
{
pinMode(ledPin,OUTPUT);//設(shè)定數(shù)字接口13為輸出接口
Serial.begin(9600);//設(shè)置串口波特率為9600kbps
}
void loop()
{
val=digitalRead(pin);//讀取模擬接口的值
Serial.println(val);//輸出模擬接口的值
if(val==1)//如果Pin10檢測的值為高電平，點亮LED
{
digitalWrite(ledPin,HIGH);
}
else //如果為低電平熄滅LED
{
digitalWrite(ledPin,LOW);
}
}

復(fù)制代碼

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 08:58

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 09:00

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 09:45

本帖最后由 eagler8 于 2019-7-23 10:49 編輯

/*
【Arduino】66種傳感器模塊系列實驗（66）
實驗六十六： TCRT5000紅外反射光電開關(guān)尋跡傳感器模塊
程序二，接到A0模擬口，串口波形，可以測量距離
*/
int tcrt;
void setup()
{
pinMode(13,OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
tcrt = analogRead(A0);
analogWrite(13,tcrt/4);
Serial.println(tcrt);
delay(500);
}

復(fù)制代碼

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 09:50

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 09:56

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 10:07

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 10:33

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 10:35

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 13:29

實驗六十七：HC-SR501 熱釋電人體紅外感應(yīng)傳感器模塊

熱釋電紅外探頭
在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管，其目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式。故引入的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計時應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 14:12

熱釋電效應(yīng)
是指極化強度隨溫度改變而表現(xiàn)出的電荷釋放現(xiàn)象，宏觀上是溫度的改變使在材料的兩端出現(xiàn)電壓或產(chǎn)生電流。熱釋電效應(yīng)與壓電效應(yīng)類似，熱釋電效應(yīng)也是晶體的一種自然物理效應(yīng)。對于具有自發(fā)式極化的晶體，當(dāng)晶體受熱或冷卻后，由于溫度的變化（△T）而導(dǎo)致自發(fā)式極化強度變化（△Ps），從而在晶體某一定方向產(chǎn)生表面極化電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。具有熱釋電性質(zhì)的材料稱為熱釋電體。壓電陶瓷屬于熱釋電體。若不考慮溫度的不均勻性，熱釋電體一般具有一級和二級熱釋電效應(yīng)。其中二級熱釋電效應(yīng)是由于溫度變化引起材料形變，再由壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷的二級效應(yīng)。一般情況下，若溫度變化率相同，升降溫過程中產(chǎn)生的熱釋電電荷大小相等，但符號相反。熱釋電效應(yīng)在近10年被用于熱釋電紅外探測器中，廣泛地用于輻射和非接觸式溫度測量、紅外光譜測量、激光參數(shù)測量、工業(yè)自動控制、空間技術(shù)、紅外攝像中。我國利用ATGSAS晶體制成的紅外攝像管已開始出口國外。其溫度響應(yīng)率達到4～5μA/℃，溫度分辨率小于0.2℃，信號靈敏度高，圖像清晰度和抗強光干擾能力也明顯地提高，且滯后較小。此外，由于生物體中也存在熱釋電現(xiàn)象，故可預(yù)期熱釋電效應(yīng)將在生物，乃至生命過程中有重要的應(yīng)用。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-23 14:15

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 08:18

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 08:27

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 08:37

熱釋電探頭結(jié)構(gòu)
由濾光片、熱釋電探測元和前置放大器組成，補償型熱釋電傳感器還帶有溫度補償元件。為防止外部環(huán)境對傳感器輸出信號的干擾，上述元件被真空封裝在—個金屬管內(nèi) 。
1、熱釋電傳感器的濾光片為帶通濾光片，它封裝在傳感器殼體的頂端，使特定波長的紅外輻射選擇性地通過，到達熱釋電探測元+在其截止范圍外的紅外輻射則不能通過。
2、熱釋電探測元是熱釋電傳感器的核心元件，它是在熱釋電晶體的兩面鍍上金屬電極后，加電極化制成，相當(dāng)于一個以熱釋電晶體為電介質(zhì)的平板電容器。當(dāng)它受到非恒定強度的紅外光照射時，產(chǎn)生的溫度變化導(dǎo)致其表面電極的電荷密度發(fā)生改變，從而產(chǎn)生熱釋電電流。
3、前置放大器由一個高內(nèi)阻的場效應(yīng)管源極跟隨器構(gòu)成，通過阻抗變換，將熱釋電探測元微弱的電流信號轉(zhuǎn)換為有用的電壓信號輸出。
4、前置放大器將微弱的熱釋電電流轉(zhuǎn)換為有效電壓輸出。前置放大器必須具備高增益、低噪聲、抗干擾能力強的特點，以便從眾多的噪聲干擾中提取微弱的有用信號。熱釋電探測元和前置放大器通常集成封裝在晶體管內(nèi)，以避免空氣濕度使泄露電流增大。這種結(jié)構(gòu)的前置放大器信噪比高，受溫度影響小。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 11:12

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 14:02

熱釋電紅外探頭的工作原理
人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。

1)這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。
2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。
3)被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。
4)一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。
5)菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距(感應(yīng)距離)，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 14:08

被動式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點
優(yōu)點：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。
缺點：
◆容易受各種熱源、光源干擾
◆被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。
◆易受射頻輻射的干擾。
◆環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。

抗干擾性能：
1.防小動物干擾---探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上地小動物，一般不產(chǎn)生報警。
2.抗電磁干擾---探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。
3.抗燈光干擾---探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報警。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 14:12

紅外線熱釋電探頭的安裝要求
只能安裝在室內(nèi)，其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系，正確的安裝應(yīng)滿足下列條件---
1.紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。
2.紅外線熱釋電傳感器遠離空調(diào), 冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。
3.紅外線熱釋電傳感器探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。
4.紅外線熱釋電傳感器不要直對窗口，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強氣流活動的地方。

紅外線熱釋電探頭對人體的敏感程度還和人的運動方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動反應(yīng)最不敏感, 而對于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動則最為敏感. 在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 14:18

HC-SR501 熱釋電人體紅外感應(yīng)傳感器模塊

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 14:32

技術(shù)參數(shù)
1.工作電壓：DC5V至20V
2.靜態(tài)功耗：小于60微安
3.電平輸出：高3.3V，低0V
4.延時時間：可調(diào)(0.3秒~18秒)
5.封鎖時間：2.5秒
6.觸發(fā)方式：L不可重復(fù)，H可重復(fù)，默認(rèn)值為H
7.感應(yīng)范圍：小于120度錐角，7米以內(nèi)
8.工作溫度：-15~+70度
9.PCB外形尺寸：32*24mm，螺絲孔距28mm，螺絲孔徑2mm
10.感應(yīng)透鏡尺寸：(直徑)23mm(默認(rèn))

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 14:42

功能特點
1、全自動感應(yīng):人進入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平。
2、光敏控制（可選擇，出廠時未設(shè)）可設(shè)置光敏控制，白天或光線強時不感應(yīng)。
3、溫度補償(可選擇，出廠時未設(shè))：在夏天當(dāng)環(huán)境溫度升高至 30～32℃，探測距離稍變短，溫度補償可作一定的性能補償。
4、兩種觸發(fā)方式：（可跳線選擇） a、不可重復(fù)觸發(fā)方式:即感應(yīng)輸出高電平后，延時時間段一結(jié)束，輸出將自動從高電平變成低電平； b、可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng) 范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點)。
5、具有感應(yīng)封鎖時間(默認(rèn)設(shè)置:2.5S 封鎖時間)：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設(shè)置一個封鎖時間段，在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號。此功能可以實現(xiàn)“感應(yīng)輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測產(chǎn) 品；同時此功能可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時間可設(shè)置在零點幾秒 —幾十秒鐘)。
6、工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓 DC4.5V-20V。
7、微功耗:靜態(tài)電流<50 微安，特別適合干電池供電的自動控制產(chǎn)品。
8、輸出高電平信號：可方便與各類電路實現(xiàn)對接。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 14:51

模塊電原理圖

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 15:10

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-24 15:13

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