【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 2019-7-1 18:05

實驗一，霍爾44E單極開關(guān)模塊

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-1 18:08

ID:513258 · 發(fā)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(guān)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(fù)制代碼

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-1 19:12

沒有磁場觸發(fā)信號時的噪音波形（高電平），估計與供電有關(guān)

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-1 19:15

ID:513258 · 發(fā)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(guī)整的矩形波，不會誤觸發(fā)的

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-1 19:49

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-1 19:52

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-1 20:04

ID:513258 · 發(fā)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(yīng)變化。常用于角度控制、調(diào)速應(yīng)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(fù)制代碼

ID:513258 · 發(fā)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(fā)表于 2019-7-1 21:04

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-1 21:10

ID:513258 · 發(fā)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(guān)）

紅外對管
是紅外線發(fā)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(fā)射管在LED封裝行業(yè)中主要有三個常用的波段，如下850NM、875NM、940NM。根據(jù)波長的特性運用的產(chǎn)品也有很大的差異，850NM波長的主要用于紅外線監(jiān)控設(shè)備，875NM主要用于醫(yī)療設(shè)備，940NM波段的主要用于紅外線控制設(shè)備，如紅外線遙控器、光電開關(guān)、光電計數(shù)設(shè)備等。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-2 11:13

紅外線發(fā)射管（IR LED）
也稱紅外線發(fā)射二極管，屬于二極管類。它是可以將電能直接轉(zhuǎn)換成近紅外光（不可見光）并能輻射出去的發(fā)光器件，主要應(yīng)用于各種光電開關(guān)、觸摸屏及遙控發(fā)射電路中。紅外線發(fā)射管的結(jié)構(gòu)、原理與普通發(fā)光二極管相近，只是使用的半導(dǎo)體材料不同。紅外發(fā)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(lán)色、黑色的樹脂封裝。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-2 11:16

主要參數(shù)
發(fā)射距離、發(fā)射角度（15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度）、發(fā)射的光強度、波長。以上為物理參數(shù)，需了解其電性能參數(shù)：市場上常用的直徑3mm,5mm為小功率紅外線發(fā)射管，8mm,10mm為中功率及大功率發(fā)射管。小功率發(fā)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(fā)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(fā)射管可應(yīng)用于紅外監(jiān)控照明。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-2 11:19

工作原理
普通的的紅外線發(fā)射管外形和一般的可見光LED相似，但卻是發(fā)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(yīng)不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻。發(fā)射紅外線去控制相應(yīng)的受控裝置時，其控制的距離與發(fā)射功率成正比。為了增加紅外線的控制距離，紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)，因為脈動光（調(diào)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(fā)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(fā)光管的工作脈沖占空比約為1/3-1/4；一些電器產(chǎn)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(fā)光二極管的發(fā)射距離大大增加。普通的紅外發(fā)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(fā)光二極管產(chǎn)生調(diào)制光，只需在驅(qū)動管上加上一定頻率的脈沖電壓。紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線去控制受控裝置時，受控裝置中均有相應(yīng)的紅外光一電轉(zhuǎn)換元件，如紅外接收二極體，光電三極管等。

ID:513258 · 發(fā)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(xué)家赫歇爾于1800年發(fā)現(xiàn)，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(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，位于紅光外側(cè)的那支溫度計升溫最快。因此得到結(jié)論：太陽光譜中，紅光的外側(cè)必定存在看不見的光線，這就是紅外線。也可以當(dāng)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(yuǎn)紅外線，波長為(25-40)～l500μm 之間。

ID:513258 · 發(fā)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(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線。現(xiàn)代物理學(xué)稱之為熱射線。醫(yī)用紅外線可分為兩類：近紅外線與遠(yuǎn)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(xué)設(shè)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(zhuǎn)化為可見的綠光，我們的肉眼永遠(yuǎn)見不到真正的紅外線。電影中常出現(xiàn)的能看到紅外線的眼鏡也是不存在的。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 07:14

紅外線接收管
是在LED行業(yè)中命名的，是專門用來接收和感應(yīng)紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線光線的。一般情況下都是與紅外線發(fā)射管成套運用在產(chǎn)品設(shè)備當(dāng)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(zhuǎn)化為電信號，光電三極管在將光信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)用。

ID:513258 · 發(fā)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(dǎo)體器件，它的核心部件是一個特殊材料的PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)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(jié)面積盡量做的比較大，電極面積盡量減小，而且PN結(jié)的結(jié)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(dāng)有紅外線光照時，攜帶能量的紅外線光子進入PN結(jié)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(chǎn)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(dǎo)”。紅外線接收二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)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(yīng)變化。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 07:31

紅外避障傳感器模塊（距離可調(diào)光電接近開關(guān)）

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 07:41

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)用于機器人避障、避障小車、流水線計數(shù)及黑白線循跡等眾多場合。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 07:55

紅外避障模塊電原理圖

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 08:05

模塊參數(shù)說明
1 當(dāng)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(xù)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(diào)節(jié)，順時針調(diào)電位器，檢測距離增加；逆時針調(diào)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(biāo)的反射率和形狀是探測距離的關(guān)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(qū)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(wěn)定；
5、可采用 3-5V 直流電源對模塊進行供電。當(dāng)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(jīng)將閾值比較電壓通過電位器調(diào)節(jié)好，非特殊情況，請勿隨意調(diào)節(jié)電位器。

ID:513258 · 發(fā)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(shù)字量輸出接口（0 和 1）

ID:513258 · 發(fā)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(diào)光電接近開關(guān)）
*/
void setup()
{
pinMode(3,INPUT);
pinMode(13,OUTPUT);
}
void loop()
{
if (digitalRead(3)) {
digitalWrite(13,LOW);
delay(1000);
}
else
{
digitalWrite(13,HIGH);
}
}

復(fù)制代碼

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 08:35

實驗的靈敏度比預(yù)料高一些，感應(yīng)到單只手，40CM處就可觸動開關(guān)了

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 08:56

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 08:58

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 11:30

本帖最后由 eagler8 于 2019-7-3 12:00 編輯

ID:513258 · 發(fā)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(yīng)變片傳感器 (彎曲感測器)

應(yīng)變片
是由敏感柵等構(gòu)成用于測量應(yīng)變的元件。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)制作的，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應(yīng)的發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 11:33

為了系列實驗和了解應(yīng)變片，我特意去網(wǎng)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(fā)表于 2019-7-3 11:58

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

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

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 12:08

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

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 13:49

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

金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是電阻應(yīng)變效應(yīng)，即金屬絲在受到應(yīng)力作用時，其電阻隨著所發(fā)生機械變形(拉伸?蜓顧?)的大小而發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變效應(yīng)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(yīng)力而發(fā)生機械變形的過程中，ρ、L、S三者都要發(fā)生變化，從而必然會引起金屬絲電阻值的變化。當(dāng)受外力伸張時，長度增加，截面積減小，電阻值增加;當(dāng)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(yīng)變情況。這種轉(zhuǎn)換關(guān)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(yīng)變靈敏系數(shù),它主要由試驗方法確定,且在彈性極限內(nèi)基本為常數(shù)值;
ε—金屬材料的軸向應(yīng)變值,即ε=ΔL/L，因此又稱ε為長度應(yīng)變值,對金屬絲而言,其值勤在0.24~0.4之間。

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

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 13:58

主要參數(shù)
◎型號：BF350-3AA
◎靈敏系數(shù)：2.00-2.20
◎靈敏系數(shù)分散：≤±1%
◎應(yīng)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(jié)構(gòu)。
◎阻值：350Ω

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 14:19

傳感器說明 Product IntroduceTOP
◎應(yīng)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(yīng)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(dāng)?shù)奶幚砭涂梢裕ǚ糯筇幚恚?br /> ◎電阻應(yīng)變片的工作原理是基于應(yīng)變效應(yīng)制作的，即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外界力的作用下產(chǎn)生機械變形時，其電阻值相應(yīng)的發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。
◎?qū)?yīng)變片貼在被測定物上，使其隨著被測定物的應(yīng)變一起彎曲，這樣里面的金屬箔材就隨著應(yīng)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(yīng)變片貼在載體上如：鐵鋁塑料片然后彎曲載體，就應(yīng)變片檢測到彎曲輸出電壓就會發(fā)生變化。可以把應(yīng)變片貼在任何物體上，檢測彎曲，然后模塊彎曲轉(zhuǎn)換電壓。

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 15:24

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

ID:513258 · 發(fā)表于 2019-7-3 15:32

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