2023學(xué)年完整公開(kāi)課版?zhèn)鞲衅骷夹g(shù)

電子產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的認(rèn)知傳感器技術(shù)常用傳感器技術(shù)類(lèi)型1、紅外發(fā)射接收對(duì)管2、超聲波傳感器3、溫濕度傳感器4、土壤濕度傳感器5、光照傳感器6、加速度傳感器紅外發(fā)射接收對(duì)管紅外對(duì)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(shí)候的總稱。在光譜中波長(zhǎng)自0.76至400微米的一段稱為紅外線。紅外發(fā)射管紅外發(fā)射管是由紅外發(fā)光二極管矩組成發(fā)光體，用紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵）制成PN結(jié)，正向偏壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光，其光譜功率分布為中心波長(zhǎng)830～950nm。LED是英文LightEmittingDiode的簡(jiǎn)稱，表現(xiàn)是正溫度系數(shù)，電流越大溫度越高，溫度越高電流越大，LED紅外燈的功率和電流大小有關(guān)，但正向電流超過(guò)最大額定值時(shí)，紅外燈發(fā)射功率反而下降。紅外發(fā)射接收對(duì)管光敏接收管它是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，屬于光敏二極管，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。無(wú)光照時(shí)，有很小的飽和反向漏電流（暗電流）。此時(shí)光敏管不導(dǎo)通。當(dāng)光照時(shí)，飽和反向漏電流馬上增加，形成光電流，在一定的范圍內(nèi)它隨入射光強(qiáng)度的變化而增大紅外發(fā)射接收對(duì)管紅外線接收管功能與光敏接收管相似只是不受可見(jiàn)光的干擾，感光面積大，靈敏度高，屬于光敏二極管，一般只對(duì)紅外線有反應(yīng)。紅外線接收頭就是在紅外線接收管的基礎(chǔ)上增加了對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大的處理的電路，類(lèi)似開(kāi)關(guān)電路，接收到紅外信號(hào)給出高電平（接近工作電壓），無(wú)紅外信號(hào)低電平（約0.4）紅外發(fā)射接收對(duì)管紅外發(fā)射接收傳感器模塊該傳感器模塊對(duì)環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對(duì)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(cè)方向遇到障礙物（反射面）時(shí)，紅外線反射回來(lái)被接收管接收，經(jīng)過(guò)比較器電路處理之后，綠色指示燈會(huì)亮起，同時(shí)信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)（一個(gè)低電平信號(hào)），可通過(guò)電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測(cè)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(cè)距離可以通過(guò)電位器調(diào)節(jié)、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、避障小車(chē)、流水線計(jì)數(shù)及黑白線循跡等眾多場(chǎng)合。紅外發(fā)射接收傳感器模塊模塊參數(shù)說(shuō)明1當(dāng)模塊檢測(cè)到前方障礙物信號(hào)時(shí)，電路板上綠色指示燈點(diǎn)亮電平，同時(shí)OUT端口持續(xù)輸出低電平信號(hào),該模塊檢測(cè)距離2～30cm，檢測(cè)角度35°，檢測(cè)距離可以通過(guò)電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，順時(shí)針調(diào)電位器，檢測(cè)距離增加；逆時(shí)針調(diào)電位器，檢測(cè)距離減少。2、傳感器主動(dòng)紅外線反射探測(cè),因此目標(biāo)的反射率和形狀是探測(cè)距離的關(guān)鍵。其中黑色探測(cè)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(jī)IO口連接即可，也可以直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)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(duì)模塊進(jìn)行供電。當(dāng)電源接通時(shí)，紅色電源指示燈點(diǎn)亮；6、具有3mm的螺絲孔，便于固定、安裝；7、電路板尺寸：3.2CM*1.4CM8、每個(gè)模塊在發(fā)貨已經(jīng)將閾值比較電壓通過(guò)電位器調(diào)節(jié)好，非特殊情況，請(qǐng)勿隨意調(diào)節(jié)電位器。模塊接口說(shuō)明1VCC外接3.3V-5V電壓（可以直接與5v單片機(jī)和3.3v單片機(jī)相連）2GND外接GND3OUT小板數(shù)字量輸出接口（0和1）紅外發(fā)射接收傳感器模塊超聲波傳感器超聲波傳感器是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)（通常是電信號(hào)）的傳感器。超聲波是振動(dòng)頻率高于20kHz的機(jī)械波。它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。超聲波傳感器廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。特點(diǎn)亮度高：相對(duì)0603或0805等形式的分立表貼，LED可以有更多的光通量被反射出。可實(shí)現(xiàn)超高密度：室內(nèi)可高達(dá)62.500點(diǎn)/平米（P4）。也有廠家可以做到p3的。密度越大所需要的散熱性能越好。混色好：利用發(fā)光器件本身的微化處理和光的波粒二象性，使得紅光粒子，純綠光粒子，藍(lán)光粒子三種粒子都將得到充分地相互混合攪勻。環(huán)境性能好：耐濕、耐冷熱、耐腐蝕抗靜電性能優(yōu)勢(shì)超強(qiáng)：制作環(huán)境有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)還有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的絕緣設(shè)計(jì)?？梢暯嵌却螅?40度（水平方向）通透性高：新一代點(diǎn)陣技術(shù)憑借自身的高度純度性能，以及幾近100%光通率的環(huán)氧樹(shù)脂材料，達(dá)到了接近完美的通透率。超聲波傳感器超聲波距離傳感器技術(shù)應(yīng)用超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。超聲波距離傳感器可以廣泛應(yīng)用在物位（液位）監(jiān)測(cè)，機(jī)器人防撞，各種超聲波接近開(kāi)關(guān)，以及防盜報(bào)警等相關(guān)領(lǐng)域，工作可靠，安裝方便，防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。超聲波傳感器模塊工作原理：（1）采用IO觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào);

（2）模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；（3）有信號(hào)返回，通過(guò)IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是

超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間．測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2;

超聲波傳感器溫濕度傳感器溫濕度傳感器只是傳感器其中的一種而已，只是把空氣中的溫濕度通過(guò)一定檢測(cè)裝置，測(cè)量到溫濕度后，按一定的規(guī)律變換成電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，用以滿足用戶需求。由于溫度與濕度不管是從物理量本身還是在實(shí)際人們的生活中都有著密切的關(guān)系，所以溫濕度一體的傳感器就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生。溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。市場(chǎng)上的溫濕度傳感器一般是測(cè)量溫度量和相對(duì)濕度量。數(shù)字信號(hào)溫濕度傳感器主要分為單總線和IIC兩種程序。溫度：度量物體冷熱的物理量，是國(guó)際單位制中7個(gè)基本物理量之一。在生產(chǎn)和科學(xué)研究中，許多物理現(xiàn)象和化學(xué)過(guò)程都是在一定的溫度下進(jìn)行的，人們的生活也和他密切相關(guān)。濕度：濕度很久以前就與生活存在著密切的關(guān)系,但用數(shù)量來(lái)進(jìn)行表示較為困難。日常生活中最常用的表示濕度的物理量是空氣的相對(duì)濕度。用%RH表示。在物理量的導(dǎo)出上相對(duì)濕度與溫度有著密切的關(guān)系。一定體積的密閉氣體，其溫度越高相對(duì)濕度越低，溫度越低，其相對(duì)濕度越高。其中涉及到復(fù)雜的熱力工程學(xué)知識(shí)。溫濕度傳感器選擇的注意事項(xiàng)

①選擇測(cè)量范圍和測(cè)量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測(cè)量范圍。除了氣象、科研部門(mén)外，搞溫、濕度測(cè)控的一般不需要全濕程(0-100%RH)測(cè)量。②選擇測(cè)量精度測(cè)量精度是濕度傳感器最重要的指標(biāo)，每提高—個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)濕度傳感器來(lái)說(shuō)就是上一個(gè)臺(tái)階，甚至是上一個(gè)檔次。如在不同溫度下使用濕度傳感器，其示值還要考慮溫度漂移的影響。③考慮時(shí)漂和溫漂在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時(shí)間一長(zhǎng)，電子式濕度傳器會(huì)產(chǎn)生老化，精度下降，電子式濕度傳感器年漂移量一般都在±2%左右，甚至更高。溫濕度傳感器溫濕度傳感器DS18B20獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力，簡(jiǎn)化了分布式溫度傳感應(yīng)用無(wú)需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0V至5.5V無(wú)需備用電源測(cè)量溫度范圍為-55°C至+125℃。華氏相當(dāng)于是-67°F到257°F。在攝氏度-10°C至+85°C范圍內(nèi)精度為±0.5°C溫度傳感器可編程的分辨率為9~12位，溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒，用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置，應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)、或任何熱敏感系統(tǒng)。土壤濕度傳感器土壤濕度傳感器又名土壤水分傳感器，土壤含水量傳感器。土壤水分傳感器由不銹鋼探針和防水探頭構(gòu)成，可長(zhǎng)期埋設(shè)于土壤和堤壩內(nèi)使用，對(duì)表層和深層土壤進(jìn)行墑情的定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和在線測(cè)量。與數(shù)據(jù)采集器配合使用，可作為水分定點(diǎn)監(jiān)測(cè)或移動(dòng)測(cè)量的工具測(cè)量土壤容積含水量，主要用于土壤墑情檢測(cè)以及農(nóng)業(yè)灌溉和林業(yè)防護(hù)。1.電容型土壤濕度傳感器

敏感元件為濕敏電容，主要材料一般為金屬氧化物、高分子聚合物。這些材料對(duì)水分子有較強(qiáng)的吸附能力，吸附水分的多少隨環(huán)境濕度的變化而變化。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的電容量也發(fā)生變化，把電容值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，就可以對(duì)濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。電容型土壤濕度傳感器在測(cè)量過(guò)程中，就相當(dāng)于一個(gè)微小電容，對(duì)于電容的測(cè)量，主要涉及到兩個(gè)參數(shù)，即電容值C和品質(zhì)參數(shù)Q。土壤濕度傳感器并不是一個(gè)純電容，它相當(dāng)于一個(gè)電容和一個(gè)電阻的并聯(lián)。土壤濕度傳感器2.電阻型土壤濕度傳感器

敏感元件為濕敏電阻，其主要的材料一般為電介質(zhì)、半導(dǎo)體、多孔陶瓷等。這些材料對(duì)水的吸附較強(qiáng)，吸附水分后電阻率／電導(dǎo)率會(huì)隨濕度的變化而變化，這樣濕度的變化可導(dǎo)致濕敏電阻阻值的變化，電阻值的變化就可以轉(zhuǎn)化為需要的電信號(hào)。氯化鋰的水溶液在基板上形成薄膜，隨著空氣中水蒸氣含量的增減，薄膜吸濕脫濕，溶液中的鹽的濃度減小、增大，電阻率隨之增大、減小，兩級(jí)間電阻也就增大、減小。又如多孔陶瓷濕敏電阻，陶瓷本身是由許多小晶顆粒構(gòu)成的，其中的氣孔多與外界相通，通過(guò)毛孔可以吸附水分子，引起離子濃度的變化，從而導(dǎo)致兩極間的電阻變化。土壤濕度傳感器3.電阻型土壤濕度傳感器

如果將兩個(gè)電極埋入土中固定不動(dòng)，即兩電極間的固相固定不變,則土壤中電阻率的改變主要是由土壤中液相的多少?zèng)Q定的。電阻率是反應(yīng)土壤濕度的電參數(shù)，因此采用電阻法研制了土壤濕度傳感器。不用直接測(cè)定電阻推求土壤濕度，而是采用線性放大原理測(cè)定土壤的電壓來(lái)計(jì)算土壤濕度。這樣輸出的電壓模擬信號(hào)經(jīng)A

/D轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，從而進(jìn)行自動(dòng)控制。土壤濕度傳感器光照傳感器光照強(qiáng)度,簡(jiǎn)稱照度。一個(gè)被光線照射的表面上的照度（illumination/illuminance）定義為照射在單位面積上的光通量。設(shè)面元dS上

的光通量為dΦ，則此面元上的照度E為：E=dΦ/dS。照度的單位為lx（勒克斯）,也有用lux的，1lx=1lm/㎡。照度表示物體表面積被照明程度的量。自然光照，日光照射即為自然光照。夏季在陽(yáng)光直接照射下，光照強(qiáng)度可達(dá)6萬(wàn)～10萬(wàn)lx，沒(méi)有太陽(yáng)的室外0.1萬(wàn)～1萬(wàn)lx，夏天明朗的室內(nèi)100～550lx，夜間滿月下為0.2lx。人工光照，燈光照明即為人工光照。白熾燈每瓦大約可發(fā)出12.56lx的光，但小燈泡能發(fā)出較多的流明，大燈泡較少，熒光燈的發(fā)光效率是白熾燈的3～4倍。一個(gè)不加燈罩的白熾燈泡所發(fā)出的光線中，約有30%的流明被墻壁、頂棚、設(shè)備等吸收；燈泡的質(zhì)量差與陰暗又要減少許多流明，所以大約只有50%的流明可利用。一般在有燈罩、燈高度為2.0～2.4m時(shí)，每0.37m2面積上需lW燈泡或1m2面積上需2.7W燈泡可提供10.76lx。燈泡安裝的高度及有無(wú)燈罩對(duì)光照強(qiáng)度影響很大。光照傳感器采用光電轉(zhuǎn)換模塊，將光照強(qiáng)度值轉(zhuǎn)化為電壓電流值進(jìn)行測(cè)量。

光電二極管和普通二極管一樣，也是由一個(gè)PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，也具有單方向?qū)щ娞匦浴２煌幨窃诠怆姸O管的外殼上有一個(gè)透明的窗口以接收光線照射，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。在電路圖中文字符號(hào)一般為VD。光照傳感器由于光電二極管的輸出電流極其微弱，從而得到的電壓的驅(qū)動(dòng)能力有限，所以一定要增加放大電路，可以提高檢測(cè)電路的穩(wěn)定性和電子產(chǎn)品的一致性。光照傳感器光電三極管光電三極管也是一種晶體管，它有三個(gè)電極。當(dāng)光照強(qiáng)弱變化時(shí)，電極之間的電阻會(huì)隨之變化。

光電晶體管和普通晶體管類(lèi)似，也有電流放大作用。只是它的集電極電流不只是受基極電路的電流控制，也可以受光的控制。

光電晶體管的靈敏度比光電二極管高，輸出電流也比光電二極管大，多為毫安級(jí)。·但它的光電特性不如光電二極管好，在較強(qiáng)的光照下，光電流與照度不成線性關(guān)系。·所以光電晶體管多用來(lái)作光電開(kāi)關(guān)元件或光電邏輯元件。光照傳感器光電晶體管的電流放大作用與普通晶體管在上偏流電路中接一個(gè)光電二極管的作用是完全相同的。光照傳感器光敏電阻光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)、電阻減小、入射光弱、電阻增大。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見(jiàn)光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)1~10M歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。光照傳感器加速度傳感器加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。傳感器在加速過(guò)程中，通過(guò)對(duì)質(zhì)量塊所受慣性力的測(cè)量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見(jiàn)的加速度傳感器包括電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。壓電式壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。它也屬于慣性式傳感器。壓電式加速度傳感器的原理是利用壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比。加速度傳感器壓阻式基于世界領(lǐng)先的MEMS硅微加工技術(shù)，壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點(diǎn)，易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)、測(cè)試儀器