37款傳感器與執行器的提法，在網絡上廣泛流傳，其實Arduino能夠兼容的傳感器模塊肯定是不止這37種的。鑒於本人手頭積累了一些傳感器和執行器模塊，依照實踐出真知（一定要動手做）的理念，以學習和交流為目的，這里准備逐一動手嘗試系列實驗，不管成功（程序走通）與否，都會記錄下來---小小的進步或是搞不掂的問題，希望能夠拋磚引玉。
【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（資料+代碼+圖形+仿真）
實驗六十六： HC-SR501 熱釋電人體紅外感應傳感器模塊
熱釋電紅外探頭
在結構上引入場效應管，其目的在於完成阻抗變換。由於熱電元輸出的是電荷信號，並不能直接使用，因而需要用電阻將其轉換為電壓形式。故引入的N溝道結型場效應管應接成共漏形式來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成。設計時應將高熱電材料制成一定厚度的薄片，並在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。
熱釋電效應
是指極化強度隨溫度改變而表現出的電荷釋放現象，宏觀上是溫度的改變使在材料的兩端出現電壓或產生電流。熱釋電效應與壓電效應類似，熱釋電效應也是晶體的一種自然物理效應。對於具有自發式極化的晶體，當晶體受熱或冷卻后，由於溫度的變化（△T）而導致自發式極化強度變化（△Ps），從而在晶體某一定方向產生表面極化電荷的現象稱為熱釋電效應。具有熱釋電性質的材料稱為熱釋電體。壓電陶瓷屬於熱釋電體。若不考慮溫度的不均勻性，熱釋電體一般具有一級和二級熱釋電效應。其中二級熱釋電效應是由於溫度變化引起材料形變，再由壓電效應產生電荷的二級效應。一般情況下，若溫度變化率相同，升降溫過程中產生的熱釋電電荷大小相等，但符號相反 。熱釋電效應在近10年被用於熱釋電紅外探測器中，廣泛地用於輻射和非接觸式溫度測量、紅外光譜測量、激光參數測量、工業自動控制、空間技術、紅外攝像中。我國利用ATGSAS晶體制成的紅外攝像管已開始出口國外。其溫度響應率達到4～5μA/℃，溫度分辨率小於0.2℃，信號靈敏度高，圖像清晰度和抗強光干擾能力也明顯地提高，且滯后較小。此外，由於生物體中也存在熱釋電現象，故可預期熱釋電效應將在生物，乃至生命過程中有重要的應用。
熱釋電探頭結構
由濾光片、熱釋電探測元和前置放大器組成，補償型熱釋電傳感器還帶有溫度補償元件。為防止外部環境對傳感器輸出信號的干擾，上述元件被真空封裝在—個金屬管內 。
1、熱釋電傳感器的濾光片為帶通濾光片，它封裝在傳感器殼體的頂端，使特定波長的紅外輻射選擇性地通過，到達熱釋電探測元+在其截止范圍外的紅外輻射則不能通過。
2、熱釋電探測元是熱釋電傳感器的核心元件，它是在熱釋電晶體的兩面鍍上金屬電極后，加電極化制成，相當於一個以熱釋電晶體為電介質的平板電容器。當它受到非恆定強度的紅外光照射時，產生的溫度變化導致其表面電極的電荷密度發生改變，從而產生熱釋電電流。
3、前置放大器由一個高內阻的場效應管源極跟隨器構成，通過阻抗變換，將熱釋電探測元微弱的電流信號轉換為有用的電壓信號輸出。
4、前置放大器將微弱的熱釋電電流轉換為有效電壓輸出。前置放大器必須具備高增益、低噪聲、抗干擾能力強的特點，以便從眾多的噪聲干擾中提取微弱的有用信號。熱釋電探測元和前置放大器通常集成封裝在晶體管內，以避免空氣濕度使泄露電流增大。這種結構的前置放大器信噪比高，受溫度影響小。
熱釋電紅外探頭的工作原理
人體都有恆定的體溫，一般在37度，所以會發出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10UM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續電路經檢測處理后就能產生報警信號。
1)這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。
2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環境的干擾受到明顯的控制作用。
3)被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯或並聯的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產生釋電效應相互抵消，於是探測器無信號輸出。
4)一旦人侵入探測區域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，並被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經信號處理而報警。
5)菲泥爾濾光片根據性能要求不同，具有不同的焦距(感應距離)，從而產生不同的監控視場，視場越多，控制越嚴密。
被動式熱釋電紅外探頭的優缺點
優點：本身不發任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。
缺點：
◆容易受各種熱源、光源干擾
◆被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。
◆易受射頻輻射的干擾。
◆環境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。
抗干擾性能：
1.防小動物干擾---探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內地面上地小動物，一般不產生報警。
2.抗電磁干擾---探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。
3.抗燈光干擾---探測器在正常靈敏度的范圍內，受3米外H4鹵素燈透過玻璃照射，不產生報警。
紅外線熱釋電探頭的安裝要求
只能安裝在室內，其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關系，正確的安裝應滿足下列條件---
1.紅外線熱釋電傳感器應離地面2.0-2.2米。
2.紅外線熱釋電傳感器遠離空調, 冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。
3.紅外線熱釋電傳感器探測范圍內不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。
4.紅外線熱釋電傳感器不要直對窗口，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強氣流活動的地方。
紅外線熱釋電探頭對人體的敏感程度還和人的運動方向關系很大。紅外線熱釋電傳感器對於徑向移動反應最不敏感, 而對於橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動則最為敏感. 在現場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環。
HC-SR501 熱釋電人體紅外感應傳感器模塊
模塊技術參數
1.工作電壓：DC5V至20V
2.靜態功耗：小於60微安
3.電平輸出：高3.3V，低0V
4.延時時間：可調(0.3秒~18秒)
5.封鎖時間：2.5秒
6.觸發方式：L不可重復，H可重復，默認值為H
7.感應范圍：小於120度錐角，7米以內
8.工作溫度：-15~+70度
9.PCB外形尺寸：32*24mm，螺絲孔距28mm，螺絲孔徑2mm
10.感應透鏡尺寸：(直徑)23mm(默認)
模塊功能特點
1、全自動感應:人進入其感應范圍則輸出高電平， 人離開感應范圍則自動延時關閉高電 平，輸出低電平。
2、光敏控制（可選擇，出廠時未設）可設置光敏控制，白天或光線強時不感應。
3、溫度補償(可選擇，出廠時未設)：在夏天當環境溫度升高至 30～32℃，探測距離稍變短，溫度補償可作一定的性能補償。
4、 兩種觸發方式：（可跳線選擇） a、不可重復觸發方式:即感應輸出高電平后，延時時間段一結束，輸出將自動從高電 平變成低電平； b、可重復觸發方式：即感應輸出高電平后，在延時時間段內，如果有人體在其感應 范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變為低電平（感應模塊檢 測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，並且以最后一次活動的時間為延時 時間的起始點)。
5、具有感應封鎖時間(默認設置:2.5S 封鎖時間)：感應模塊在每一次感應輸出后（高電平 變成低電平），可以緊跟着設置一個封鎖時間段，在此時間段內感應器不接受任何感應信 號。此功能可以實現“感應輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應用於間隔探測產 品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾。(此時間可設置在零點幾秒 —幾十秒鍾)。
6、 工作電壓范圍寬：默認工作電壓 DC4.5V-20V。
7、 微功耗:靜態電流<50 微安，特別適合干電池供電的自動控制產品。
8、 輸出高電平信號：可方便與各類電路實現對接。
模塊電原理圖
模塊使用說明
1. 感應模塊通電后有一分鍾左右的初始化時間，在此期間模塊會間隔地輸出 0-3 次，一分鍾后進入待機狀態。
2. 應盡量避免燈光等干擾源近距離直射模塊表面的透鏡，以免引進干擾信號產生誤動作； 使用環境盡量避免流動的風，風也會對感應器造成干擾。
3. 感應模塊采用雙元探頭，探頭的窗口為長方形，雙元（A 元 B 元）位於較長方向的兩 端，當人體從左到右或從右到左走過時,紅外光譜到達雙元的時間、距離有差值，差值越 大，感應越靈敏，當人體從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過時，雙元檢測不 到紅外光譜距離的變化，無差值，因此感應不靈敏或不工作；所以安裝感應器時應使探頭 雙元的方向與人體活動最多的方向盡量相平行，保證人體經過時先后被探頭雙元所感應。 為了增加感應角度范圍，本模塊采用圓形透鏡，也使得探頭四面都感應，但左右兩側仍然 比上下兩個方向感應范圍大、靈敏度強，安裝時仍須盡量按以上要求。
使用注意事項
1、直流工作電壓必須符合我們要求的數值，過高和過低都會影響模塊性能，而且要求電源必須經過良好的穩壓濾波，例如電腦USB電源、手機充電器電源、比較舊的9V的層疊電池都無法滿足模塊工作要求，建議客戶用變壓器的電源並經過三端穩壓芯片穩壓后再通過220UF和0.1UF的電容濾波后供電。
2、調試時人體盡量遠離感應區域，有時雖然人體不在模塊的正前方，但是人體離模塊太近時模塊也能感應到造成一直有輸出，還有調試時人體不要觸摸電路部分也會影響模塊工作，比較科學的辦法是將輸出端接一個LED或者是萬用表，把模塊用報紙蓋住，人離開這個房間，等2分鍾后看看模塊是否還是一直有輸出？
3、模塊不接負載時能正常工作，接上負載后工作紊亂，一種原因是因為電源容量很小負載比較耗電，負載工作時引起的電壓波動導致模塊誤動作，另一種原因是負載得電工作時會產生干擾，例如繼電器或者電磁鐵等感性負載會產生反向電動勢，315M發射板工作時會有電磁輻射等都會影響模塊。解決辦法如下：A、電源部分加電感濾波。B、采用負載和模塊使用不同的電壓的方法，例如：負載使用24V工作電壓，模塊使用12V工作電壓，其間用三端穩壓器隔離。C: 使用更大容量的電源。
4、人體感應模塊只能工作在室內並且工作環境應該避免陽光、強烈燈光直接照射，如果工作環境有強大的射頻干擾，可以采用屏蔽措施。若遇有強烈氣流干擾，關閉門窗或阻止對流。感應區盡量避免正對着發熱電器和物體以及容易被風吹動的雜物和衣物。
5、人體感應模塊建議安裝在密封的盒里，否則可能一直會有輸出信號。
6、如果要求人體感應模塊的探測角度小於90度時，可以用不透明膠紙遮擋鏡片或裁剪縮小鏡片來實現。
7、人體感應模塊采用雙元探頭，人體的手腳和頭部運動方向與感應靈敏度有着密切的聯系，而且紅外模塊的特性決定了無法精確控制感應距離。
8、模塊中的探頭（PIR）可以裝焊在電路板的另一面。也可將探頭用雙芯屏蔽線延長，長度應在20厘米以內為好。
實驗開源代碼
/*
【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（65）
實驗六十六：HC-SR501 熱釋電人體紅外感應傳感器模塊
程序一，簡單測試串口開關量
*/
int Sensor= 7;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(Sensor, INPUT);
}
void loop()
{
int SensorState = digitalRead(Sensor);
Serial.println(SensorState);
delay(100);
}
當有檢測到人體運動，輸出1，否則輸出0。
實驗開源代碼
/*
【Arduino】168種傳感器模塊系列實驗（65）
實驗六十六：HC-SR501 熱釋電人體紅外感應傳感器模塊
程序二，在傳感器前移動時，Arduino 上的 LED 燈會亮
*/
int ledPin = 13;
int pirPin = 7;
int pirValue;
int sec = 0;
void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(pirPin, INPUT);
digitalWrite(ledPin, LOW);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
pirValue = digitalRead(pirPin);
digitalWrite(ledPin, pirValue);
sec += 1;
Serial.print("Second: ");
Serial.print(sec);
Serial.print("PIR value: ");
Serial.print(pirValue);
Serial.print('\n');
delay(1000);
}
注意事項
1、直流工作電壓必須符合我們要求的數值，過高和過低都會影響模塊性能，而且要求電源必須經過良好的穩壓濾波，例如電腦USB電源、手機充電器電源、比較舊的9V的層疊電池都無法滿足模塊工作要求，建議客戶用變壓器的電源並經過三端穩壓芯片穩壓后再通過220UF和0.1UF的電容濾波后供電。
2、調試時人體盡量遠離感應區域，有時雖然人體不在模塊的正前方，但是人體離模塊太近時模塊也能感應到造成一直有輸出，還有調試時人體不要觸摸電路部分也會影響模塊工作，比較科學的辦法是將輸出端接一個LED或者是萬用表，把模塊用報紙蓋住，人離開這個房間，等2分鍾后看看模塊是否還是一直有輸出？
3、模塊不接負載時能正常工作，接上負載后工作紊亂，一種原因是因為電源容量很小負載比較耗電，負載工作時引起的電壓波動導致模塊誤動作，另一種原因是負載得電工作時會產生干擾，例如繼電器或者電磁鐵等感性負載會產生反向電動勢，315M發射板工作時會有電磁輻射等都會影響模塊。解決辦法如下：A、電源部分加電感濾波。B、采用負載和模塊使用不同的電壓的方法，例如：負載使用24V工作電壓，模塊使用12V工作電壓，其間用三端穩壓器隔離。C: 使用更大容量的電源。
4、人體感應模塊只能工作在室內並且工作環境應該避免陽光、強烈燈光直接照射，如果工作環境有強大的射頻干擾，可以采用屏蔽措施。若遇有強烈氣流干擾，關閉門窗或阻止對流。感應區盡量避免正對着發熱電器和物體以及容易被風吹動的雜物和衣物。
5、人體感應模塊建議安裝在密封的盒里，否則可能一直會有輸出信號。
6、如果要求人體感應模塊的探測角度小於90度時，可以用不透明膠紙遮擋鏡片或裁剪縮小鏡片來實現。
7、人體感應模塊采用雙元探頭，人體的手腳和頭部運動方向與感應靈敏度有着密切的聯系，而且紅外模塊的特性決定了無法精確控制感應距離。
8、模塊中的探頭（PIR）可以裝焊在電路板的另一面。也可將探頭用雙芯屏蔽線延長，長度應在20厘米以內為好。
實驗開源圖形編程（Mind+）
實驗開源仿真編程（linkboy3.7）
