【Arduino】108种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 18:05

实验一，霍尔44E单极开关模块

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 18:08

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 19:06

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（44）
实验四十四：3144E霍尔磁性传感器 KY-035（开关量）
*/
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);
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 19:12

没有磁场触发信号时的噪音波形（高电平），估计与供电有关

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 19:15

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 19:22

有磁场信号时（低电平）的波形，忽略小范围的噪音，还算挺规整的矩形波，不会误触发的

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 19:49

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 19:52

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 20:04

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 20:49

实验二，霍尔49E模拟模块，输出模拟电压信号，随着磁场的极性和大小变化其输出电压相应变化。常用于角度控制、调速应用等。

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（44）
实验四十四：49E霍尔磁性传感器 KY-035（模拟量）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);
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 20:55

代码一样，硬件不同，波形也不一样了，本图是没有磁场时䣌波形，再下图是反映磁场强度不同的情况

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 21:04

ID:513258 · 发表于 2019-7-1 21:10

ID:513258 · 发表于 2019-7-2 10:50

实验四十五：红外避障传感器模块（光电接近开关）

红外对管
是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收头配合在一起使用时候的总称。在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线。红外线发射管在LED封装行业中主要有三个常用的波段，如下850NM、875NM、940NM。根据波长的特性运用的产品也有很大的差异，850NM波长的主要用于红外线监控设备，875NM主要用于医疗设备，940NM波段的主要用于红外线控制设备，如红外线遥控器、光电开关、光电计数设备等。

ID:513258 · 发表于 2019-7-2 11:13

红外线发射管（IR LED）
也称红外线发射二极管，属于二极管类。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关、触摸屏及遥控发射电路中。红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。

ID:513258 · 发表于 2019-7-2 11:16

主要参数
发射距离、发射角度（15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度）、发射的光强度、波长。以上为物理参数，需了解其电性能参数：市场上常用的直径3mm,5mm为小功率红外线发射管，8mm,10mm为中功率及大功率发射管。小功率发射管正向电压：1.1－1.5V，电流20mA,中功率为正向电压：1.4-1.65V 50－100mA，大功率发射管为正向电压：1.5-1.9V200－350mA.煜星电子做出1－10W大功率红外线发射管可应用于红外监控照明。

ID:513258 · 发表于 2019-7-2 11:19

工作原理
普通的的红外线发射管外形和一般的可见光LED相似，但却是发出红外线。其管压一般降约1.4v，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约为1/3-1/4；一些电器产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。普通的红外发光二极管，其功率分为小功率(1mW-10mW)、中功率（20mW-50mW)和大功率（50mW-100mW以上)三大类。要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外接收二极体，光电三极管等。

ID:513258 · 发表于 2019-7-2 12:22

红外光
是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家赫歇尔于1800年发现，又称为红外热辐射，热作用强。他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒介。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为(0.75-1)～(2.5-3)μm之间；中红外线，波长为(2.5-3)～(25-40)μm之间；远红外线，波长为(25-40)～l500μm 之间。

ID:513258 · 发表于 2019-7-2 12:51

红外线（Infrared）
是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在1mm到760纳米（nm）之间，比红光长的非可见光。高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。含热能，太阳的热量主要通过红外线传到地球。如图所示，我们把红光之外的辐射叫做红外线（紫光之外是紫外线），肉眼不可见。可见光是指肉眼可见的光波域从400nm（紫光）到700nm（红光），而波长760nm到1mm之间的光称为红外线，是一种肉眼看不到的光。借助一些光学设备，我们可以感受到红外线，通常红外线摄像机接收到红外线后会将其转化为可见的绿光，我们的肉眼永远见不到真正的红外线。电影中常出现的能看到红外线的眼镜也是不存在的。

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 07:14

红外线接收管
是在LED行业中命名的，是专门用来接收和感应红外线发射管发出的红外线光线的。一般情况下都是与红外线发射管成套运用在产品设备当中。红外线接收管有两种，一种是光电二极管，另一种是光电三极管。光电二极管就是将光信号转化为电信号，光电三极管在将光信号转化为电信号的同时，也把电流放大了。因此，光电三极管也分为两种，分别是NPN型和PNP型。红外接收管的作用是进行光电转换，在光控、红外线遥控、光探测、光纤通信、光电耦合等方面有广泛的应用。

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 07:22

工作原理
红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接受入射光线，PN结面积尽量做的比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对（简称：光生载流子）。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。红外线接收二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 07:31

红外避障传感器模块（距离可调光电接近开关）

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 07:41

模块描述
该传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围 2～30cm，工作电压为 3.3V-5V。该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、避障小车、流水线计数及黑白线循迹等众多场合。

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 07:55

红外避障模块电原理图

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 08:05

模块参数说明
1 当模块检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时 OUT端口持续输出低电平信号，该模块检测距离 2～30cm，检测角度 35°，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加；逆时针调电位器，检测距离减少；
2、传感器主动红外线反射探测，因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。其中黑色探测距离最小，白色最大；小面积物体距离小，大面积距离大；
3、传感器模块输出端口 OUT 可直接与单片机 IO 口连接即可，也可以直接驱动一个 5V 继电器；连接方式：VCC-VCC；GND-GND；OUT-IO；
4、比较器采用 LM393，工作稳定；
5、可采用 3-5V 直流电源对模块进行供电。当电源接通时，红色电源指示灯点亮；
6、具有 3mm 的螺丝孔，便于固定、安装；
7、电路板尺寸：3.2CM*1.4CM
8、每个模块已经将阈值比较电压通过电位器调节好，非特殊情况，请勿随意调节电位器。

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 08:08

模块接口说明
1 VCC 外接 3.3V-5V 电压（可以直接与 5v 单片机和 3.3v 单片机相连）
2 GND 外接 GND
3 OUT 小板数字量输出接口（0 和 1）

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 08:28

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（45）
实验四十五：红外避障传感器模块（距离可调光电接近开关）
*/
void setup()
{
pinMode(3,INPUT);
pinMode(13,OUTPUT);
}
void loop()
{
if (digitalRead(3)) {
digitalWrite(13,LOW);
delay(1000);
}
else
{
digitalWrite(13,HIGH);
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 08:35

实验的灵敏度比预料高一些，感应到单只手，40CM处就可触动开关了

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 08:56

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 08:58

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 11:30

本帖最后由 eagler8 于 2019-7-3 12:00 编辑

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 11:30

本帖最后由 eagler8 于 2019-7-3 12:25 编辑

实验四十六：350Ω高精度电阻式应变片传感器 (弯曲感测器)

应变片
是由敏感栅等构成用于测量应变的元件。电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 11:33

为了系列实验和了解应变片，我特意去网上买了一片，就是其体积挺惊人，在包装盒里面好不容易才找到

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 11:58

应变效应
金属导体的电阻值，随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化的现象，称之为金属的电阻应变效应。电阻值将发生变化这种现象称为“应变效应”。根据应变效应将应变片粘贴于被测材料上被测材料受到外界作用产生的应变就会传送到应变片上使应变片的电阻值发生变化通过测量应变片电阻值的变化就可得知被测机械量的大小。

应变效应应用范围十分广泛，可测量应变、应力、力矩、位移、加速度、扭矩等物理参量。电阻式应变片应用模式有两种，一是将应变片粘贴于弹性刚体上组成平衡电桥，然后接到转换电路，构成专用应变传感器；二是将应变片粘贴于被测物体上，然后接到专用应变仪直接读取应变量。

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 12:08

电阻应变片
电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。半导体应变片是用半导体材料制成的，其工作原理是基于半导体材料的压阻效应。压阻效应是指当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件，使用时将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。金属电阻应变片品种繁多，形式多样，常见的有丝式电阻应变片和箔式电阻应变片。箔式电阻应变片是一种基于应变——电阻效应制成的，用金属箔作为敏感栅的，能把被测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 13:49

工作原理
电阻应变计有两方面的应用：一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其它物理量作间接测量。用应变片测量时，将其粘贴在被测对象表面上。当被测对象受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，从而实现应变的测量。

金属电阻应变片的工作原理是电阻应变效应，即金属丝在受到应力作用时，其电阻随着所发生机械变形(拉伸?蜓顾?)的大小而发生相应的变化。电阻应变效应的理论公式如下:

R=ρ*(L/S)

式中：ρ—电阻率(Ω·mm2/m) L—金属丝的长度(m) S—金属丝的截面积(mm2)

由上式可知，金属丝在承受应力而发生机械变形的过程中，ρ、L、S三者都要发生变化，从而必然会引起金属丝电阻值的变化。当受外力伸张时，长度增加，截面积减小，电阻值增加;当受压力缩短时，长度减小，截面积增大，电阻值减小。因此，只要能测出电阻值的变化，便可知金属丝的应变情况。这种转换关系为

ΔR/R=Koε

式中:R—金属丝电阻值的变化量;
Ko—金属材料的应变灵敏系数,它主要由试验方法确定,且在弹性极限内基本为常数值;
ε—金属材料的轴向应变值,即ε=ΔL/L，因此又称ε为长度应变值,对金属丝而言,其值勤在0.24~0.4之间。

在实际应用中，将金属电阻应变片粘贴在传感器弹性元件或被测饥械零件的表面。当传感器中的弹性元件或被测机械零件受作用力产生应变时，粘贴在其上的应变片也随之发生相同的机械变形，引起应变片电阻发生相应的变化。这时，电阻应变片便将力学量转换为电阻的变化量输出。

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 13:58

主要参数
◎型号：BF350-3AA
◎灵敏系数：2.00-2.20
◎灵敏系数分散：≤±1%
◎应变极限：2.0%
◎疲劳寿命：≥1M
◎栅丝：长x宽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。
◎栅丝材料：康铜箔（Constantan）制成，全封闭结构。
◎阻值：350Ω

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 14:19

传感器說明 Product IntroduceTOP
◎应变片的电阻变化很微小，需搭配小信号放大电路使用检测其微小的变化，通常选择一个电路，这个电路中应变片电阻的变化能对电路起到控制作用，使电路能够输出与电阻变化类似的电信号（电压或电流），然后对这个信号进行适当的处理就可以（放大处理）。
◎电阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。
◎将应变片贴在被测定物上，使其随着被测定物的应变一起弯曲，这样里面的金属箔材就随着应变弯曲。很多金属在机械性地弯曲时其电阻会随之变化。
◎也可称为弯曲感测器，检测弯曲度换算的，把应变片贴在载体上如：铁铝塑料片然后弯曲载体，就应变片检测到弯曲输出电压就会发生变化。可以把应变片贴在任何物体上，检测弯曲，然后模块弯曲转换电压。

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 15:24

原理：检测弯曲度换算的，把应变片贴在载体上如：铁铝塑料片然后弯曲载体，就应变片检测到弯曲输出电压就会发生变化，可以把应变片贴在任何物体上，检测弯曲，然后我们模块弯曲转换电压。

ID:513258 · 发表于 2019-7-3 15:32

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