【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 2019-7-22 19:29

ID:513258 · 发表于 2019-7-22 19:31

ID:513258 · 发表于 2019-7-22 19:33

ID:513258 · 发表于 2019-7-22 19:41

实验六十六： TCRT5000红外反射光电开关寻迹传感器模块

反射式光电开关

也属于红外线不可见光产品，是一种小型光电元器件，它可以检测出其接收到的光强的变化。在前期是用来检测物体有无感应到的,它是由一个红外线发射管跟一个红外线接收管组合而成，它的发射波长是780nm-1mm，发射器带一个校准镜头，将光聚焦射向接收器，接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。检测对象是当它进入间隙的开槽开关和块光路之间的发射器和检测器, 当物体接近到灭弧室，接收器的一部分收集的光线从对象反射到光电元件上面。它是利用物体对红外线光束遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无的，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。

ID:513258 · 发表于 2019-7-22 20:23

TCRT5000
其工作原理与一般的红外传感器一样，一传一感TCRT5000具有一个红外发射管和一个红外接收管，当发射管的红外信号经反射被接收管接收后，接收管的电阻会发生变化，在电路上一般以电压的变化形式体现出来，而经过ADC转换或LM324等电路整形后得到处理后的输出结果，电阻的变化起取于接收管所接收的红外信号强度，常表现在反射面的颜色和反射面接收管的距离两二方面。

ID:513258 · 发表于 2019-7-22 20:31

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 05:14

工作环境
+：接直流DC5V正极
-：接直流DC5V负极
S：信号输出端，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮
工作电压：DC 3V~5.5V，推荐工作电压为5V
检测距离：1mm~8mm适用，焦点距离为2.5mm

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 05:17

TCRT5000的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮。

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 05:28

TCRT5000探头的几个应用电路

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 05:32

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 05:38

TCRT5000红外反射光电开关寻迹传感器模块

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 05:48

模块介绍
1、采用 TCRT5000 红外反射传感器
2、检测反射距离：1mm~25mm 适用
3、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过 15mA
4、配多圈可调精密电位器调节灵敏度
5、工作电压 3.3V-5V
6、输出形式：数字开关量输出（0 和 1）
7、设有固定螺栓孔，方便安装
8、小板 PCB 尺寸：3.2cm x 1.4cm
9、使用宽电压 LM393 比较器

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 05:52

模块电原理图

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 06:17

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，可以广泛应用于电度表脉冲数据采样、传真机碎纸机纸张检测、流水线计数、机器人避障、避障小车、及黑白线循迹等众多场合。

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 06:23

接线方式
1、VCC:接电源正极（3-5V）
2、GND:接电源负极
3、DO:TTL开关信号输出
4、AO:模拟信号输出(不同距离输出不同的电压，此脚一般可以不接）

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 08:37

本帖最后由 eagler8 于 2019-7-23 10:48 编辑

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（66）
实验六十六： TCRT5000红外反射光电开关寻迹传感器模块
*/
int ledPin=13;//定义数字接口13为LED输出接口
int pin=10;//定义数字检测接口pin0
int val;//定义变量
void setup()
{
pinMode(ledPin,OUTPUT);//设定数字接口13为输出接口
Serial.begin(9600);//设置串口波特率为9600kbps
}
void loop()
{
val=digitalRead(pin);//读取模拟接口的值
Serial.println(val);//输出模拟接口的值
if(val==1)//如果Pin10检测的值为高电平，点亮LED
{
digitalWrite(ledPin,HIGH);
}
else //如果为低电平熄灭LED
{
digitalWrite(ledPin,LOW);
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 08:58

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 09:00

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 09:45

本帖最后由 eagler8 于 2019-7-23 10:49 编辑

/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（66）
实验六十六： TCRT5000红外反射光电开关寻迹传感器模块
程序二，接到A0模拟口，串口波形，可以测量距离
*/
int tcrt;
void setup()
{
pinMode(13,OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
tcrt = analogRead(A0);
analogWrite(13,tcrt/4);
Serial.println(tcrt);
delay(500);
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 09:50

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 09:56

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 10:07

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 10:33

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 10:35

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 13:29

实验六十七：HC-SR501 热释电人体红外感应传感器模块

热释电红外探头
在结构上引入场效应管，其目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式。故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 14:12

热释电效应
是指极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变使在材料的两端出现电压或产生电流。热释电效应与压电效应类似，热释电效应也是晶体的一种自然物理效应。对于具有自发式极化的晶体，当晶体受热或冷却后，由于温度的变化（△T）而导致自发式极化强度变化（△Ps），从而在晶体某一定方向产生表面极化电荷的现象称为热释电效应。具有热释电性质的材料称为热释电体。压电陶瓷属于热释电体。若不考虑温度的不均匀性，热释电体一般具有一级和二级热释电效应。其中二级热释电效应是由于温度变化引起材料形变，再由压电效应产生电荷的二级效应。一般情况下，若温度变化率相同，升降温过程中产生的热释电电荷大小相等，但符号相反。热释电效应在近10年被用于热释电红外探测器中，广泛地用于辐射和非接触式温度测量、红外光谱测量、激光参数测量、工业自动控制、空间技术、红外摄像中。我国利用ATGSAS晶体制成的红外摄像管已开始出口国外。其温度响应率达到4～5μA/℃，温度分辨率小于0.2℃，信号灵敏度高，图像清晰度和抗强光干扰能力也明显地提高，且滞后较小。此外，由于生物体中也存在热释电现象，故可预期热释电效应将在生物，乃至生命过程中有重要的应用。

ID:513258 · 发表于 2019-7-23 14:15

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 08:18

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 08:27

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 08:37

热释电探头结构
由滤光片、热释电探测元和前置放大器组成，补偿型热释电传感器还带有温度补偿元件。为防止外部环境对传感器输出信号的干扰，上述元件被真空封装在—个金属管内。
1、热释电传感器的滤光片为带通滤光片，它封装在传感器壳体的顶端，使特定波长的红外辐射选择性地通过，到达热释电探测元+在其截止范围外的红外辐射则不能通过。
2、热释电探测元是热释电传感器的核心元件，它是在热释电晶体的两面镀上金属电极后，加电极化制成，相当于一个以热释电晶体为电介质的平板电容器。当它受到非恒定强度的红外光照射时，产生的温度变化导致其表面电极的电荷密度发生改变，从而产生热释电电流。
3、前置放大器由一个高内阻的场效应管源极跟随器构成，通过阻抗变换，将热释电探测元微弱的电流信号转换为有用的电压信号输出。
4、前置放大器将微弱的热释电电流转换为有效电压输出。前置放大器必须具备高增益、低噪声、抗干扰能力强的特点，以便从众多的噪声干扰中提取微弱的有用信号。热释电探测元和前置放大器通常集成封装在晶体管内，以避免空气湿度使泄露电流增大。这种结构的前置放大器信噪比高，受温度影响小。

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 11:12

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 14:02

热释电红外探头的工作原理
人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。
5)菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距(感应距离)，从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 14:08

被动式热释电红外探头的优缺点
优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。
缺点：
◆容易受各种热源、光源干扰
◆被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。
◆易受射频辐射的干扰。
◆环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。

抗干扰性能：
1.防小动物干扰---探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。
2.抗电磁干扰---探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。
3.抗灯光干扰---探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 14:12

红外线热释电探头的安装要求
只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系，正确的安装应满足下列条件---
1.红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。
2.红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。
3.红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。
4.红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。

红外线热释电探头对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 14:18

HC-SR501 热释电人体红外感应传感器模块

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 14:32

技术参数
1.工作电压：DC5V至20V
2.静态功耗：小于60微安
3.电平输出：高3.3V，低0V
4.延时时间：可调(0.3秒~18秒)
5.封锁时间：2.5秒
6.触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H
7.感应范围：小于120度锥角，7米以内
8.工作温度：-15~+70度
9.PCB外形尺寸：32*24mm，螺丝孔距28mm，螺丝孔径2mm
10.感应透镜尺寸：(直径)23mm(默认)

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 14:42

功能特点
1、全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。
2、光敏控制（可选择，出厂时未设）可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。
3、温度补偿(可选择，出厂时未设)：在夏天当环境温度升高至 30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。
4、两种触发方式：（可跳线选择） a、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平； b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。
5、具有感应封锁时间(默认设置:2.5S 封锁时间)：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒 —几十秒钟)。
6、工作电压范围宽：默认工作电压 DC4.5V-20V。
7、微功耗:静态电流<50 微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。
8、输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 14:51

模块电原理图

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 15:10

ID:513258 · 发表于 2019-7-24 15:13

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