【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 2019-6-7 19:19

上电之后需要约0.5sec的稳定时间，
此时间段内不要对键进行触摸，
此时所有功能都被禁止
始终进行自校准
当键没被触摸时，重校准周期约为4.0sec
板上带有蓝色LED指示灯

ID:513258 · 发表于 2019-6-7 19:45

仿真实验示意图

ID:513258 · 发表于 2019-6-7 19:48

实验测试示意图

ID:513258 · 发表于 2019-6-7 20:07

/*
【Arduino】37种传感器模块系列实验（16）
--- TTP223 电容式数字触摸传感器模块
*/
void setup()
{
pinMode(3,INPUT);
pinMode(13,OUTPUT);
}
void loop()
{
if (digitalRead(3))
{
digitalWrite(13,HIGH);
}
else {
digitalWrite(13,LOW);
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-6-7 20:07

ID:513258 · 发表于 2019-6-7 20:13

4路、8路与16路电容式数字触摸传感器模块

20 (6).jpg

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 06:23

Arduino 系列传感器和模块实验目录清单：

5楼       实验一：干簧管传感器模块
18楼    实验二：光敏电阻传感器模块
30楼    实验三：微波雷达感应开关模块
43楼    实验四：振动传感器模块
58楼    实验五：热敏电阻温度传感器模块
66楼    实验六：KY-038高感度声音传感器模块
81楼    实验七：旋转电位器模块
89楼    实验八：湿度传感器模块
106楼实验九：火焰（红外线）传感器模块
120楼实验十：敲击传感器模块KY-031
130楼实验十一：金属触摸传感器模块KY-36
148楼实验十二：线性霍尔磁力传感器模块
152楼实验十三：触摸传感器模块
162楼实验十四：倾斜传感器模块（角度开关）
180楼实验十五：手指侦测心跳传感器模块KY-039
192楼实验十六：电容式数字触摸传感器模块（TTP223 ）

能把各种开源硬件的传感器与模块，尽量多寻找一下实物，整理相关资料，做做小实验，是我多年来的一个心愿。目前手头已有五十多种了，还在收集中.......

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 09:16

实验十七：HC-SR312微型人体感应传感器模块

热释电效应
在某些绝缘物质中,由于温度的变化引起极化状态改变的现象称为热释电效应。能实现热释电效应的物质被称为热电体。热电体物质有硫酸三甘肽（TGS）、铁电钛酸钡、电气石和蔗糖等。这一现象早在2300年前就被人们发现了，但对它的研究则始于18世纪。现在它成为固体物理中最活跃的研究领域之一。因为铁电体的热释电系数比一般热电体大得多，故成为应用广泛的热电体材料，除TGS及其衍生物外，铁电陶瓷（如PZT、PLZT等）成为易于通过组份改变控制性能、适于批量生产、价廉的实用型热电材料。

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 2019-6-8 09:20

本帖最后由 eagler8 于 2019-6-8 10:27 编辑

由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出20米范围内人的行动。

z (5).jpg

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 09:45

热释电元件

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 10:25

热释电元件（探头）有多种型号，但结构、外型和电参数大致相同，一般由敏感元件、场效应管、阻抗变换器和滤光窗等构成，并在氮气环境下封装。

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 10:34

热释电红外传感器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 2019-6-8 10:39

菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强化其能量幅度。

人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 10:50

热释电人体红外传感器的特点是，它只在由于外界的辐射而引起本身温度变化时，才给出一个相应的电信号，当温度的变化趋于稳定后，就不再有信号输出。所以，热释电信号与它本身的温度变化率成正比，即热释电传感器只对运动的人体敏感。通常，敏感单元材料阻抗非常高，因此要用场效应管进行阻抗变换后才能实际使用。电路中高阻值电阻Rg 的作用是释放栅极电荷，使场效应管正常工作；采用源极输出时，要外接源极电阻Rs，源极电压约为0.4 ～ l.0V。制成敏感单元的PZT（锆钛酸铅）是一种光谱材料，能探测各种波长辐射。为了使传感器对人体最敏感，而对太阳、电灯光等有抗干扰性，传感器采用了滤光片做窗口。滤光片使人体辐射的红外线最强的波长正好落在滤光窗相应波长的中心处，所以滤光窗能有效地让人体所辐射的红外线通过，而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线通过，以免引起干扰。为提高传感器的灵敏度，可在传感器前1 ～ 5cm处放置菲涅尔透镜，使探测距离从一般的2m 提高到10 至20m。在实验室试验时，可不加菲涅尔透镜。在实际应用中，传感器往往需要预热，这是由传感器本身决定的。一般被动红外探测器需要一分钟左右的预热时间。

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 10:57

热释电人体红外传感器优缺点
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。
◆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。
要点：
应避开日光、汽车头灯、白炽灯直接照射，也不能对着热源(如暖气片、加热器)或空调，以避免环境温度较大的变化而造成误报；安装必须牢固，避免因风吹晃动而造成误报；传感器表面不允许用手摸；光学透镜外表面要定期用湿软布或棉花擦净，避免尘土影响灵敏度；安装高度2m。

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 11:03

一些常用电路

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 11:16

HC-SR312微型人体感应传感器模块是基于热释电效应，被动式人体红外线技术的数字智能自动控制产品，灵敏度高，可靠性强，广泛应用于各类自动感应电器设备。

08 (2).jpg

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 11:22

电原理图

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 11:28

技术参数
1.工作电压：DC 2.7-12V；
2.静态功耗：＜0.1mA；
3.延时时间:2秒；
4.封锁时间:2秒；
5.触发方式:可重复；
6.感应范围:≤100度锥角,3-5米；（需根据具体的透镜）
7.工作温度:-20 - +60℃
8.PCB外形尺寸:10mm*8mm
9.模块透镜：小透镜
08 (4).jpg

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 11:31

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 11:49

模块接脚图

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 11:53

应用范围
■ 人体感应灯具 ■ 人体感应玩具
■ 安防产品 ■ 工业自动化控制
■自动感应电器设备■电池供电自动控制等

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 11:56

功能特点
a、超小体积，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式。
b、抗干扰性增强，内部采用数字信号处理，直接高低电平输出。
c、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。
d、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，直到人离开后延时，才变为低电平（即：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)。

模块的VOUT脚输出的是开关量，有人接近感应模块时，输出高电平，人离开后恢复成低电平。所以，可接单片机的任何一个IO脚都行，可采用查询法，查询所接引脚的状态，就知道VOUT脚是高电，还是低电平，从而判是否有人接近了。
08 (5).jpg

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 12:05

实验测试图

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 12:36

/*
【Arduino】37种传感器模块系列实验（17）
实验十七：HC-SR312微型热释电传感器模块
*/
void setup()
{
pinMode(3,INPUT);
pinMode(13,OUTPUT);
}
void loop()
{
if (digitalRead(3)) {
digitalWrite(13, HIGH);
delay(1000);
}
else
{
digitalWrite(13, LOW);
}
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-6-8 12:37

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 15:49

实验十八：0.25W太阳能滴胶板传感器模块（45X45毫米）

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 16:00

太阳能电池
是一种利用光生伏特效应把光能转换成电能的器件，又叫光伏器件，主要有单晶硅电池和单晶砷化镓电池等。太阳电池最初为空间航天器使用，空间航天器用单晶硅太阳电池的基本材料为纯度达0.999999、电阻率在10欧·厘米以上的P型单晶硅，包括p-n结、电极和减反射膜等部分，受光照面加透光盖片（如石英或渗铈玻璃）保护，防止电池受外层空间范爱伦带内高能电子和质子的辐射损伤。单体电池尺寸从2×2厘米至5.9×5.9厘米，输出功率为数十至数百毫瓦，它的理论光电转换效率为20%以上，实际已达到15%以上。

05 (2).jpg

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 16:04

材料：A级多晶硅
工作电压：5V
工作电流：0-50MA（取决于光照强度）
尺寸：45mmX45mmx2.8mm
重量：约5克
材质：纸基板太阳能多晶电池片环氧树脂ab胶
注意：太阳能板／电池片的参数
都是在标准测试条件下测得的：（温度25度，AM1.5, 1000w/m2）

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 16:09

模块特色
1）高转换率、高效率输出
2）卓越的弱光效应
3）独特工艺使组件美观坚固抗风雪，安装方便
4）特有的技术避免框架内积水冻结和变形
5）用环氧树脂覆盖太阳能电池片，与PCB线路板粘结而成，具有生产速度快，抗压耐腐蚀，外观晶莹漂亮，成本低等特点

05 (1).jpg

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 16:14

实验示意图

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 16:34

将太阳电池正极接到Arduino的A0端，用来检测输出的模拟量电压值。打开IDE1.8.9的工具---串口绘图器，就能看到串口输出的波形了。

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 16:41

/*
【Arduino】37种传感器模块系列实验（18）
实验十八：0.25W太阳能滴胶板传感器模块
*/
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
pinMode(3,OUTPUT);
}
void loop() {
analogWrite(3, (map(analogRead(A0), 0, 400, 0, 235)));
Serial.println((map(analogRead(A0), 0, 400, 0, 235)));
delay(200);
}

复制代码

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 16:41

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 16:50

昨晚实测室内LED节能灯发光的波形，以前没想到是这样的。

07 (2).jpg

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 16:56

用手逐渐遮住光线

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 17:02

移动手电爆闪光线的检测波形

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 18:06

实验十九：常闭型SW-420震动开关传感器模块

震动开关
正确的名称应该称为震动传感器，也就是在感应震动力大小将感应结果传递到电路装置，并使电路启动工作的电子开关。震动开关主要应用于电子玩具、小家电、运动器材以及各类防盗器等产品中。震动开关因为拥有灵活且灵敏的触发性，成为许多电子产品中不可或缺的电子元件。

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 18:13

元件结构图

ID:513258 · 发表于 2019-6-9 18:33

工作原理
平时任何角度开关都是接通状态，受到振动或移动时，开关内导通电流的滚轴会产生移动或振动，从而导致通过的电流断开或电阻阻值的升高而触发电路。这种开关的特点是平时一般处于导通状态耐振动时会短暂断开，所以它的灵敏度很高，通过IC的设置，客户可按自身产品的灵敏度要求作调整。

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