《傳感器與傳感網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用》3-1 紅外傳感器

項(xiàng)目三智能防盜系統(tǒng)傳感網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)（初級(jí)）系統(tǒng)應(yīng)用及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)搭建與功能體驗(yàn)本項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)123項(xiàng)目三智能防盜系統(tǒng)引導(dǎo)案例：項(xiàng)目三智能防盜系統(tǒng)引導(dǎo)案例：你能發(fā)現(xiàn)紅外對(duì)射防盜報(bào)警器的缺點(diǎn)嗎？智能防盜系統(tǒng)，綜合利用紅外傳感、霍爾傳感等智能傳感工具，減少枯燥的人員值守，可有效改善限定區(qū)域內(nèi)的財(cái)產(chǎn)安全狀況，提高監(jiān)測(cè)效率有效防范財(cái)產(chǎn)損失的發(fā)生。圖3-0-1新型智能防盜系統(tǒng)(a)應(yīng)用場(chǎng)景智能防盜系統(tǒng)簡(jiǎn)介智能防盜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(b)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3-0-1智能防盜系統(tǒng)智能防盜系統(tǒng)由微控制器、指示報(bào)警裝置、按鍵開(kāi)關(guān)、霍爾傳感模塊、紅外傳感模塊、繼電器模塊等組成。微控制器采用單片機(jī)，指示報(bào)警裝置采用功耗低、壽命長(zhǎng)的LED顯示模塊，控制按鍵開(kāi)關(guān)用于恢復(fù)傳感報(bào)警系統(tǒng)，傳感器用來(lái)感知安全事件的發(fā)生。通過(guò)上位機(jī)可遠(yuǎn)程監(jiān)管智能防盜系統(tǒng)的工作情況。MCU判斷位置及入侵性質(zhì)紅外對(duì)射紅外反射霍爾線性報(bào)警輸出ADC霍爾開(kāi)關(guān)防控中心服務(wù)器

復(fù)位開(kāi)關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)搭建與功能體驗(yàn)本項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)123項(xiàng)目三智能防盜系統(tǒng)引導(dǎo)案例：搭建模擬智能防盜系統(tǒng)圖1-0-2智能防盜模擬系統(tǒng)本項(xiàng)目采用在NEWLab平臺(tái)上安裝Zigbee模塊來(lái)搭建模擬智能防盜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)紅外對(duì)射、紅外反射、霍爾開(kāi)關(guān)模塊、霍爾線性模塊的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)電子圍欄防控、通道人員通過(guò)監(jiān)測(cè)、門禁開(kāi)關(guān)狀態(tài)感知、財(cái)物位置移動(dòng)等功能。系統(tǒng)應(yīng)用及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)搭建與功能體驗(yàn)本項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)123項(xiàng)目三智能防盜系統(tǒng)引導(dǎo)案例：項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)圖3-0-3模擬智能防盜系統(tǒng)項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)圍繞本項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)可完成如下學(xué)習(xí)目標(biāo)：任務(wù)一紅外傳感器任務(wù)資訊01任務(wù)實(shí)施03任務(wù)計(jì)劃與決策02任務(wù)小結(jié)04任務(wù)描述任務(wù)描述：按上級(jí)部門要求，天翼公司將對(duì)廠區(qū)安防系統(tǒng)進(jìn)行改造，加強(qiáng)對(duì)圍墻和行人通道的監(jiān)控。項(xiàng)目組規(guī)劃圍墻和通道安防檢測(cè)的可行方案中，擬定圍墻、門窗監(jiān)控使用紅外對(duì)射，通道的監(jiān)控使用紅外反射，構(gòu)建紅外電子防護(hù)系統(tǒng)。任務(wù)要求：完成圍墻、門窗電子防盜圍欄的設(shè)置和室內(nèi)對(duì)紅外目標(biāo)的檢測(cè)和防控；基于紅外傳感器的應(yīng)用，制訂防盜系統(tǒng)電路的搭建方案；使用紅外傳感器、繼電器、指示燈模塊搭建防盜報(bào)警電路并進(jìn)行檢測(cè)調(diào)試；引導(dǎo)問(wèn)題問(wèn)題1：

你是否知道紅外線？

問(wèn)題2：

生活中紅外線都有哪些用途？紅外光電傳感器NEWLab紅外傳感模塊任務(wù)資訊125光電開(kāi)關(guān)和光電斷續(xù)器都是采用紅外光的光電式傳感器，均由紅外發(fā)射元件與光敏接收元件組成，可用于檢測(cè)物體的靠近、通過(guò)行為，是常用的數(shù)字量檢測(cè)的器件。光電開(kāi)關(guān)和光電斷續(xù)器與繼電器配合就構(gòu)成了電子開(kāi)關(guān)。紅外光電傳感器傳感器及數(shù)據(jù)采集1對(duì)射型紅外光電傳感器反射型紅外光電傳感器2紅外光電傳感器從原理上講光電開(kāi)關(guān)和光電斷續(xù)器差別不大，但光電斷續(xù)器將紅外光發(fā)射器、接收器放置于一個(gè)體積很小的塑料殼體中進(jìn)行封裝，兩者能可準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)。光電斷續(xù)器分為對(duì)射型和反射型兩種（a）對(duì)射型

（b）反射型1紅外發(fā)光元件；2紅外光；3光電元件；4槽；5被測(cè)物圖3-1-7光電斷續(xù)器紅外光電傳感器(1) 對(duì)射型紅外光電傳感器以紅外對(duì)射傳感器LTH-301-32為例，其結(jié)構(gòu)如下圖所示，沒(méi)有外來(lái)物體影響時(shí)傳感器發(fā)光元件發(fā)射的紅外線被光電元件接收，當(dāng)有物體處于發(fā)射器和接收器之間時(shí)，紅外光束被阻斷，接收器接收不到紅外線而產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。對(duì)射型紅外光電傳感器1紅外發(fā)光元件；2紅外光；3光電元件；4槽；5被測(cè)物傳感器及數(shù)據(jù)采集1對(duì)射型紅外光電傳感器反射型紅外光電傳感器2紅外光電傳感器

（2）反射型紅外光電傳感器以紅外反射傳感器ITR20001/T為例，結(jié)構(gòu)如圖所示，其工作波長(zhǎng)為940nm，沒(méi)有外來(lái)物體影響時(shí)傳感器發(fā)光元件發(fā)射的紅外線不會(huì)被光電元件接接收，當(dāng)有物體接近傳感器時(shí)，紅外光束被物體發(fā)射，接收器接收到紅外線而產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。反射型紅外光電傳感器1紅外發(fā)光元件；2紅外光；3光電元件；4槽；5被測(cè)物紅外光電傳感器光電斷續(xù)器紅外LED可以直接用直流電驅(qū)動(dòng)，其正向壓降為1.2~1.5V，驅(qū)動(dòng)電流控制在幾十毫安，接收器一般采用光敏二極管或光敏三極管。光電斷續(xù)器是價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠的光電器件，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備檢測(cè)中。光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離可達(dá)數(shù)十米，其紅外光發(fā)射器一般用功能較大的紅外LED，接收器可采用光敏三極管、光敏達(dá)林頓三極管或光電池。為防止日光燈的干擾，可在光敏元件表面加紅外濾光透鏡，還可用高頻脈沖電流驅(qū)動(dòng)LED來(lái)發(fā)射調(diào)制光脈沖。光電開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化機(jī)械裝置中。紅外光電傳感器NEWLab紅外傳感模塊任務(wù)資訊125NEWLab紅外傳感模塊認(rèn)識(shí)紅外傳感模塊電路板認(rèn)識(shí)紅外傳感模塊的工作原理21紅外傳感模塊電路板認(rèn)識(shí)NEWlab套件的紅外傳感模塊由紅外對(duì)射模塊和紅外反射模塊構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)直接電壓輸出和反射AD電壓輸出。模塊各接口的名稱及功能如下：①②紅外對(duì)射傳感器LTH-301-32；③④對(duì)射輸出1、2接口J5、J6，測(cè)量紅外對(duì)射傳感器光敏三極管輸出電壓；⑤⑥紅外反射傳感器ITR20001/T；⑦⑧發(fā)射輸出1、2接口J2、J3，測(cè)量紅外反射傳感器光敏三極管輸出的電壓，即比較器1、2正端（3腳、5腳）的輸入電壓；⑨反射AD輸出1、2接口J10、J11，測(cè)量比較器1、2輸出端（1腳、7腳）電壓；⑩接地GND接口J4。⑾狀態(tài)指示燈A、B紅色指示燈電源負(fù)極輸入端J12、J7，輸入為低電平時(shí)狀態(tài)指示燈紅色LED亮，用于判斷紅外對(duì)射輸出開(kāi)關(guān)量直觀顯示；⑿狀態(tài)指示燈A、B綠色指示燈電源負(fù)極輸入端J13、J8，輸入為低電平時(shí)狀態(tài)指示燈綠色LED亮，用于判斷紅外對(duì)射輸出開(kāi)關(guān)量直觀顯示。NEWLab紅外傳感模塊認(rèn)識(shí)聲音傳感模塊電路板認(rèn)識(shí)聲音傳感模塊的工作原理21紅外傳感模塊的電路原理圖3-1-9紅外對(duì)射傳感電路

紅外傳感模塊的電路原理圖3-1-10紅外反射電路紅外傳感模塊的電路原理

用一個(gè)紅外對(duì)射傳感器模擬紅外電子圍欄，沒(méi)有物體入侵即通過(guò)傳感器時(shí)，紅外光被感應(yīng)，接收器導(dǎo)通，J5為低電平；當(dāng)有物體通過(guò)傳感器時(shí)，紅外光被阻斷，接收器截止，J5為高電平。

用一個(gè)紅外反射傳感模塊模擬通道檢測(cè)人員通過(guò)情況，沒(méi)有人員經(jīng)過(guò)通道時(shí)，紅外光不會(huì)被反射，接收器截止，比較器采集的電壓比基準(zhǔn)電壓高，J2輸出為高電平；當(dāng)有人員經(jīng)過(guò)時(shí)，紅外光被發(fā)射，接收器接受紅外型號(hào)，接收器導(dǎo)通，比較器的采集電壓比基準(zhǔn)電壓低，D1輸出為低電平。聲音傳感模塊的工作原理聲音傳感模塊電路圖測(cè)一測(cè)

聲音傳感器的信號(hào)檢測(cè)依據(jù)是什么？涉及哪些環(huán)節(jié)？想一想生活中其他用到傳感器的場(chǎng)景，同學(xué)們說(shuō)說(shuō)還有哪些？任務(wù)一使紅外傳感器任務(wù)資訊01任務(wù)實(shí)施03任務(wù)計(jì)劃與決策02任務(wù)小結(jié)04智能紅外防控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析智能紅外防控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)分析規(guī)劃與實(shí)施準(zhǔn)備123任務(wù)計(jì)劃與決策智能紅外防控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

本任務(wù)使用紅外對(duì)射和紅外反射傳感模塊來(lái)控制報(bào)警燈的亮滅情況，其輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)送至相應(yīng)的繼電器控制端口；通過(guò)判斷繼電器模塊控制的報(bào)警指示燈的亮滅就可以直觀的觀測(cè)到紅外對(duì)射和紅外反射遇到遮擋物時(shí)的輸出狀況，其結(jié)構(gòu)模擬圖和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。系統(tǒng)由安裝在矮墻或窗口上紅外對(duì)射電子圍欄和通道內(nèi)的紅外反射監(jiān)測(cè)點(diǎn)、對(duì)入侵目標(biāo)位置及下達(dá)報(bào)警及響應(yīng)的指令的防控中心等組成。圖3-1-11電子圍欄與通道檢測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)示意圖圖3-1-12紅外防盜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)智能紅外防控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析智能紅外防控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)分析規(guī)劃與實(shí)施準(zhǔn)備123任務(wù)計(jì)劃與決策智能紅外防控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

本次任務(wù)主要應(yīng)用紅外對(duì)射和紅外反射傳感器，根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，識(shí)別圍欄入侵和行人通過(guò)情況。通過(guò)燈光顯示入侵位置和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的判斷結(jié)果。通過(guò)檢測(cè)輸出電壓和指示燈繼電器的工作狀況可以進(jìn)一步深入了解紅外模塊的工作原理。圖3-1-13電子圍欄與通道檢測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖智能紅外防控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析智能紅外防控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)分析規(guī)劃與實(shí)施準(zhǔn)備123任務(wù)計(jì)劃與決策智能紅外防控系統(tǒng)分析與規(guī)劃項(xiàng)目名稱智能防盜系統(tǒng)任務(wù)名稱紅外傳感器計(jì)劃方式分組完成、團(tuán)隊(duì)合作、學(xué)材分析、資料調(diào)研計(jì)劃要求1.

能依據(jù)連線圖搭建智能紅外防控系統(tǒng)硬件體系；2.能熟練使用繼電器模塊；3.能依據(jù)電路預(yù)設(shè)功能和端點(diǎn)的信號(hào)設(shè)定進(jìn)行模塊狀態(tài)測(cè)量；4.

能依據(jù)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確判斷紅外傳感器的狀態(tài)，分析結(jié)果；序號(hào)主要步驟1

2

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聲音傳感模塊的工作原理聲音傳感模塊電路圖測(cè)一測(cè)

聲音傳感器的信號(hào)檢測(cè)依據(jù)是什么？涉及哪些環(huán)節(jié)？想一想生活中其他用到傳感器的場(chǎng)景，同學(xué)們說(shuō)說(shuō)還有哪些？任務(wù)一使紅外傳感器任務(wù)資訊01任務(wù)實(shí)施03任務(wù)計(jì)劃與決策02任務(wù)小結(jié)04任務(wù)實(shí)施模塊電路搭建功能測(cè)試分析測(cè)量結(jié)果測(cè)評(píng)與分析硬件環(huán)境搭建系統(tǒng)中的指示燈模塊用于指示電子圍欄處有無(wú)入侵發(fā)生。紅外模塊上的紅色指示燈用于指示入口通道在監(jiān)控時(shí)間段內(nèi)有無(wú)入侵發(fā)生。先參照?qǐng)D3-1-14將紅外模塊依安裝在NEWLab實(shí)驗(yàn)底座上。為規(guī)范清晰表達(dá)各路連接，同學(xué)們可參考圖3-1-13完成模塊間的連接。 紅外反射1的反射輸出端J2至J12； 紅外對(duì)射1的輸出端J5連至繼電器模塊中繼電器1的輸入端J2； 繼電器1的NO端J9連接指示燈模塊1的12V+， 繼電器1和2的COM端連接NEWLab實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的12V+， 指示燈模塊的12V—連NEWLab實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上電源端12V—。

NEWLab實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上紅外反射模塊、紅外傳感模塊和繼電器模塊上的GND是相通的，所有可以不用考慮負(fù)極的處理。硬件環(huán)境搭建圖3-1-14紅外防盜系統(tǒng)接線圖任務(wù)實(shí)施模塊電路搭建功能測(cè)試分析測(cè)量結(jié)果測(cè)評(píng)與分析任務(wù)實(shí)施檢測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)下面進(jìn)行電路模塊工作狀態(tài)測(cè)試，了解指示燈各個(gè)狀態(tài)的含義及紅外模塊工作中的輸出狀態(tài)。電路接線檢查無(wú)誤后將通訊模式調(diào)至自動(dòng)模式，并打開(kāi)電源后兩個(gè)模塊power狀態(tài)指示燈默認(rèn)亮起。任務(wù)實(shí)施

檢測(cè)系統(tǒng)工作狀態(tài)下面進(jìn)行電路模塊工作狀態(tài)測(cè)試，了解指示燈各個(gè)狀態(tài)的含義及紅外模塊工作中的輸出狀態(tài)。電路接線檢查無(wú)誤后將通訊模式調(diào)至自動(dòng)模式，并打開(kāi)電源后兩個(gè)模塊power狀態(tài)指示燈默認(rèn)亮起。任務(wù)實(shí)施

紅外對(duì)射工作狀態(tài)及對(duì)應(yīng)輸出使用紅外實(shí)驗(yàn)擋片放入紅外對(duì)射1的凹槽中，遮擋紅外信號(hào)，此時(shí)繼電器1動(dòng)作，常閉端斷開(kāi)，常開(kāi)端閉合，電子圍欄1狀態(tài)燈亮。取走紅外實(shí)驗(yàn)擋片，繼電器1常開(kāi)端斷開(kāi)，常閉端閉合，電子圍欄1狀態(tài)燈熄滅。結(jié)果表明，只要電子圍欄1燈亮起即表明有非法入侵，需巡防人員盡快布控檢查。任務(wù)實(shí)施

紅外反射工作狀態(tài)及對(duì)應(yīng)輸出使用紅外實(shí)驗(yàn)擋片靠近紅外反射1的正上方，反射紅外信號(hào)，此時(shí)紅外傳感模塊的紅色LED即通道檢測(cè)指示燈亮；取走紅外實(shí)驗(yàn)擋片后，通道檢測(cè)指示燈滅。結(jié)果表明，通道檢測(cè)點(diǎn)燈亮起即有非法入侵，需巡防人員盡快布控檢查。用相同的方法可以檢測(cè)通道2的工作狀態(tài)。任務(wù)實(shí)施模塊電路搭建功能測(cè)試分析測(cè)量結(jié)果測(cè)評(píng)與分析任務(wù)實(shí)施

紅外對(duì)射模塊的常態(tài)輸出電壓和工作輸出電壓不遮擋紅外對(duì)射的凹槽時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)量輸出常態(tài)工作電壓。先把萬(wàn)用表調(diào)至直流電壓0-6V擋，黑色表筆連接紅外傳感模塊的J4即GND端，紅色表筆連接紅外對(duì)射1的輸出端紅外對(duì)射輸出1口即J5，測(cè)得紅外對(duì)射的常態(tài)輸出電壓。用紅外遮擋片遮擋紅外對(duì)射