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

項目三智能防盜系統(tǒng)傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)（初級）系統(tǒng)應(yīng)用及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)搭建與功能體驗本項目學習目標123項目三智能防盜系統(tǒng)引導案例：項目三智能防盜系統(tǒng)引導案例：你能發(fā)現(xiàn)紅外對射防盜報警器的缺點嗎？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)的財產(chǎn)安全狀況，提高監(jiān)測效率有效防范財產(chǎn)損失的發(fā)生。圖3-0-1新型智能防盜系統(tǒng)(a)應(yīng)用場景智能防盜系統(tǒng)簡介智能防盜系統(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、指示報警裝置、按鍵開關(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，指示報警裝置采用功耗低、壽命長的LED顯示模塊，控制按鍵開關(guān)用于恢復傳感報警系統(tǒng)，傳感器用來感知安全事件的發(fā)生。通過上位機可遠程監(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)紅外對射紅外反射霍爾線性報警輸出ADC霍爾開關(guān)防控中心服務(wù)器

復位開關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)搭建與功能體驗本項目學習目標123項目三智能防盜系統(tǒng)引導案例：搭建模擬智能防盜系統(tǒng)圖1-0-2智能防盜模擬系統(tǒng)本項目采用在NEWLab平臺上安裝Zigbee模塊來搭建模擬智能防盜系統(tǒng)，實現(xiàn)了對紅外對射、紅外反射、霍爾開關(guān)模塊、霍爾線性模塊的監(jiān)測，實現(xiàn)電子圍欄防控、通道人員通過監(jiān)測、門禁開關(guān)狀態(tài)感知、財物位置移動等功能。系統(tǒng)應(yīng)用及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)搭建與功能體驗本項目學習目標123項目三智能防盜系統(tǒng)引導案例：項目學習目標圖3-0-3模擬智能防盜系統(tǒng)項目學習目標圍繞本項目的實現(xiàn)可完成如下學習目標：任務(wù)一紅外傳感器任務(wù)資訊01任務(wù)實施03任務(wù)計劃與決策02任務(wù)小結(jié)04任務(wù)描述任務(wù)描述：按上級部門要求，天翼公司將對廠區(qū)安防系統(tǒng)進行改造，加強對圍墻和行人通道的監(jiān)控。項目組規(guī)劃圍墻和通道安防檢測的可行方案中，擬定圍墻、門窗監(jiān)控使用紅外對射，通道的監(jiān)控使用紅外反射，構(gòu)建紅外電子防護系統(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)對紅外目標的檢測和防控；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警電路并進行檢測調(diào)試；引導問題問題1：

你是否知道紅外線？

問題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，可用于檢測物體的靠近、通過行為，是常用的數(shù)字量檢測的器件。光電開關(guān)和光電斷續(xù)器與繼電器配合就構(gòu)成了電子開關(guān)。紅外光電傳感器傳感器及數(shù)據(jù)采集1對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、接收器放置于一個體積很小的塑料殼體中進行封裝，兩者能可準確對準。光電斷續(xù)器分為對射型和反射型兩種（a）對射型

（b）反射型1紅外發(fā)光元件；2紅外光；3光電元件；4槽；5被測物圖3-1-7光電斷續(xù)器紅外光電傳感器(1) 對射型紅外光電傳感器以紅外對射傳感器LTH-301-32為例，其結(jié)構(gòu)如下圖所示，沒有外來物體影響時傳感器發(fā)光元件發(fā)射的紅外線被光電元件接收，當有物體處于發(fā)射器和接收器之間時，紅外光束被阻斷，接收器接收不到紅外線而產(chǎn)生一個電脈沖。對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被測物傳感器及數(shù)據(jù)采集1對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，其工作波長為940nm，沒有外來物體影響時傳感器發(fā)光元件發(fā)射的紅外線不會被光電元件接接收，當有物體接近傳感器時，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，其正向壓降為1.2~1.5V，驅(qū)動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)器是價格便宜、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的光電器件，被廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)和設(shè)備檢測中。光電開關(guān)的檢測距離可達數(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LED來發(fā)射調(diào)制光脈沖。光電開關(guān)廣泛應(yīng)用于自動化機械裝置中。紅外光電傳感器NEWLab紅外傳感模塊任務(wù)資訊125NEWLab紅外傳感模塊認識紅外傳感模塊電路板認識紅外傳感模塊的工作原理21紅外傳感模塊電路板認識NEWlab套件的紅外傳感模塊由紅外對射模塊和紅外反射模塊構(gòu)成，可實現(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紅外對射傳感器LTH-301-32；③④對射輸出1、2接口J5、J6，測量紅外對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紅色指示燈電源負極輸入端J12、J7，輸入為低電平時狀態(tài)指示燈紅色LED亮，用于判斷紅外對射輸出開關(guān)量直觀顯示；⑿狀態(tài)指示燈A、B綠色指示燈電源負極輸入端J13、J8，輸入為低電平時狀態(tài)指示燈綠色LED亮，用于判斷紅外對射輸出開關(guān)量直觀顯示。NEWLab紅外傳感模塊認識聲音傳感模塊電路板認識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

用一個紅外對射傳感器模擬紅外電子圍欄，沒有物體入侵即通過傳感器時，紅外光被感應(yīng)，接收器導通，J5為低電平；當有物體通過傳感器時，紅外光被阻斷，接收器截止，J5為高電平。

用一個紅外反射傳感模塊模擬通道檢測人員通過情況，沒有人員經(jīng)過通道時，紅外光不會被反射，接收器截止，比較器采集的電壓比基準電壓高，J2輸出為高電平；當有人員經(jīng)過時，紅外光被發(fā)射，接收器接受紅外型號，接收器導通，比較器的采集電壓比基準電壓低，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一測

聲音傳感器的信號檢測依據(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景，同學們說說還有哪些？任務(wù)一使紅外傳感器任務(wù)資訊01任務(wù)實施03任務(wù)計劃與決策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)計分析規(guī)劃與實施準備123任務(wù)計劃與決策智能紅外防控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

本任務(wù)使用紅外對射和紅外反射傳感模塊來控制報警燈的亮滅情況，其輸出的開關(guān)量信號送至相應(yīng)的繼電器控制端口；通過判斷繼電器模塊控制的報警指示燈的亮滅就可以直觀的觀測到紅外對射和紅外反射遇到遮擋物時的輸出狀況，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射電子圍欄和通道內(nèi)的紅外反射監(jiān)測點、對入侵目標位置及下達報警及響應(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檢測系統(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)計分析規(guī)劃與實施準備123任務(wù)計劃與決策智能紅外防控系統(tǒng)電路設(shè)計

本次任務(wù)主要應(yīng)用紅外對射和紅外反射傳感器，根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，識別圍欄入侵和行人通過情況。通過燈光顯示入侵位置和風險等級的判斷結(jié)果。通過檢測輸出電壓和指示燈繼電器的工作狀況可以進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系統(tǒng)電路設(shè)計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)計分析規(guī)劃與實施準備123任務(wù)計劃與決策智能紅外防控系統(tǒng)分析與規(guī)劃項目名稱智能防盜系統(tǒng)任務(wù)名稱紅外傳感器計劃方式分組完成、團隊合作、學材分析、資料調(diào)研計劃要求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)功能和端點的信號設(shè)定進行模塊狀態(tài)測量；4.

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

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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一測

聲音傳感器的信號檢測依據(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景，同學們說說還有哪些？任務(wù)一使紅外傳感器任務(wù)資訊01任務(wù)實施03任務(wù)計劃與決策02任務(wù)小結(jié)04任務(wù)實施模塊電路搭建功能測試分析測量結(jié)果測評與分析硬件環(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)控時間段內(nèi)有無入侵發(fā)生。先參照圖3-1-14將紅外模塊依安裝在NEWLab實驗底座上。為規(guī)范清晰表達各路連接，同學們可參考圖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實驗平臺的12V+， 指示燈模塊的12V—連NEWLab實驗平臺上電源端12V—。

NEWLab實驗平臺上紅外反射模塊、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)實施模塊電路搭建功能測試分析測量結(jié)果測評與分析任務(wù)實施檢測系統(tǒng)工作狀態(tài)下面進行電路模塊工作狀態(tài)測試，了解指示燈各個狀態(tài)的含義及紅外模塊工作中的輸出狀態(tài)。電路接線檢查無誤后將通訊模式調(diào)至自動模式，并打開電源后兩個模塊power狀態(tài)指示燈默認亮起。任務(wù)實施

檢測系統(tǒng)工作狀態(tài)下面進行電路模塊工作狀態(tài)測試，了解指示燈各個狀態(tài)的含義及紅外模塊工作中的輸出狀態(tài)。電路接線檢查無誤后將通訊模式調(diào)至自動模式，并打開電源后兩個模塊power狀態(tài)指示燈默認亮起。任務(wù)實施

紅外對射工作狀態(tài)及對應(yīng)輸出使用紅外實驗擋片放入紅外對射1的凹槽中，遮擋紅外信號，此時繼電器1動作，常閉端斷開，常開端閉合，電子圍欄1狀態(tài)燈亮。取走紅外實驗擋片，繼電器1常開端斷開，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)實施

紅外反射工作狀態(tài)及對應(yīng)輸出使用紅外實驗擋片靠近紅外反射1的正上方，反射紅外信號，此時紅外傳感模塊的紅色LED即通道檢測指示燈亮；取走紅外實驗擋片后，通道檢測指示燈滅。結(jié)果表明，通道檢測點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通道2的工作狀態(tài)。任務(wù)實施模塊電路搭建功能測試分析測量結(jié)果測評與分析任務(wù)實施

紅外對射模塊的常態(tài)輸出電壓和工作輸出電壓不遮擋紅外對射的凹槽時，用萬用表測量輸出常態(tài)工作電壓。先把萬用表調(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射1的輸出端紅外對射輸出1口即J5，測得紅外對射的常態(tài)輸出電壓。用紅外遮擋片遮擋紅外對射