传感器与自动识别技术 课件 项目三 智能防盗系统

项目三智能防盗系统传感网应用开发（初级）系统应用及结构系统搭建与功能体验本项目学习目标123项目三智能防盗系统引导案例：项目三智能防盗系统引导案例：你能发现红外对射防盗报警器的缺点吗？智能防盗系统，综合利用红外传感、霍尔传感等智能传感工具，减少枯燥的人员值守，可有效改善限定区域内的财产安全状况，提高监测效率有效防范财产损失的发生。图3-0-1新型智能防盗系统(a)应用场景智能防盗系统简介智能防盗系统的结构(b)系统结构图3-0-1智能防盗系统智能防盗系统由微控制器、指示报警装置、按键开关、霍尔传感模块、红外传感模块、继电器模块等组成。微控制器采用单片机，指示报警装置采用功耗低、寿命长的LED显示模块，控制按键开关用于恢复传感报警系统，传感器用来感知安全事件的发生。通过上位机可远程监管智能防盗系统的工作情况。MCU判断位置及入侵性质红外对射红外反射霍尔线性报警输出ADC霍尔开关防控中心服务器

复位开关系统应用及结构系统搭建与功能体验本项目学习目标123项目三智能防盗系统引导案例：搭建模拟智能防盗系统图1-0-2智能防盗模拟系统本项目采用在NEWLab平台上安装Zigbee模块来搭建模拟智能防盗系统，实现了对红外对射、红外反射、霍尔开关模块、霍尔线性模块的监测，实现电子围栏防控、通道人员通过监测、门禁开关状态感知、财物位置移动等功能。系统应用及结构系统搭建与功能体验本项目学习目标123项目三智能防盗系统引导案例：项目学习目标图3-0-3模拟智能防盗系统项目学习目标围绕本项目的实现可完成如下学习目标：任务一红外传感器任务资讯01任务实施03任务计划与决策02任务小结04任务描述任务描述：按上级部门要求，天翼公司将对厂区安防系统进行改造，加强对围墙和行人通道的监控。项目组规划围墙和通道安防检测的可行方案中，拟定围墙、门窗监控使用红外对射，通道的监控使用红外反射，构建红外电子防护系统。任务要求：完成围墙、门窗电子防盗围栏的设置和室内对红外目标的检测和防控；基于红外传感器的应用，制订防盗系统电路的搭建方案；使用红外传感器、继电器、指示灯模块搭建防盗报警电路并进行检测调试；引导问题问题1：

你是否知道红外线？

问题2：

生活中红外线都有哪些用途？红外光电传感器NEWLab红外传感模块任务资讯125光电开关和光电断续器都是采用红外光的光电式传感器，均由红外发射元件与光敏接收元件组成，可用于检测物体的靠近、通过行为，是常用的数字量检测的器件。光电开关和光电断续器与继电器配合就构成了电子开关。红外光电传感器传感器及数据采集1对射型红外光电传感器反射型红外光电传感器2红外光电传感器从原理上讲光电开关和光电断续器差别不大，但光电断续器将红外光发射器、接收器放置于一个体积很小的塑料壳体中进行封装，两者能可准确对准。光电断续器分为对射型和反射型两种（a）对射型

（b）反射型1红外发光元件；2红外光；3光电元件；4槽；5被测物图3-1-7光电断续器红外光电传感器(1) 对射型红外光电传感器以红外对射传感器LTH-301-32为例，其结构如下图所示，没有外来物体影响时传感器发光元件发射的红外线被光电元件接收，当有物体处于发射器和接收器之间时，红外光束被阻断，接收器接收不到红外线而产生一个电脉冲。对射型红外光电传感器1红外发光元件；2红外光；3光电元件；4槽；5被测物传感器及数据采集1对射型红外光电传感器反射型红外光电传感器2红外光电传感器

（2）反射型红外光电传感器以红外反射传感器ITR20001/T为例，结构如图所示，其工作波长为940nm，没有外来物体影响时传感器发光元件发射的红外线不会被光电元件接接收，当有物体接近传感器时，红外光束被物体发射，接收器接收到红外线而产生一个电脉冲。反射型红外光电传感器1红外发光元件；2红外光；3光电元件；4槽；5被测物红外光电传感器光电断续器红外LED可以直接用直流电驱动，其正向压降为1.2~1.5V，驱动电流控制在几十毫安，接收器一般采用光敏二极管或光敏三极管。光电断续器是价格便宜、结构简单、性能可靠的光电器件，被广泛应用于自动控制系统和设备检测中。光电开关的检测距离可达数十米，其红外光发射器一般用功能较大的红外LED，接收器可采用光敏三极管、光敏达林顿三极管或光电池。为防止日光灯的干扰，可在光敏元件表面加红外滤光透镜，还可用高频脉冲电流驱动LED来发射调制光脉冲。光电开关广泛应用于自动化机械装置中。红外光电传感器NEWLab红外传感模块任务资讯125NEWLab红外传感模块认识红外传感模块电路板认识红外传感模块的工作原理21红外传感模块电路板认识NEWlab套件的红外传感模块由红外对射模块和红外反射模块构成，可实现直接电压输出和反射AD电压输出。模块各接口的名称及功能如下：①②红外对射传感器LTH-301-32；③④对射输出1、2接口J5、J6，测量红外对射传感器光敏三极管输出电压；⑤⑥红外反射传感器ITR20001/T；⑦⑧发射输出1、2接口J2、J3，测量红外反射传感器光敏三极管输出的电压，即比较器1、2正端（3脚、5脚）的输入电压；⑨反射AD输出1、2接口J10、J11，测量比较器1、2输出端（1脚、7脚）电压；⑩接地GND接口J4。⑾状态指示灯A、B红色指示灯电源负极输入端J12、J7，输入为低电平时状态指示灯红色LED亮，用于判断红外对射输出开关量直观显示；⑿状态指示灯A、B绿色指示灯电源负极输入端J13、J8，输入为低电平时状态指示灯绿色LED亮，用于判断红外对射输出开关量直观显示。NEWLab红外传感模块认识声音传感模块电路板认识声音传感模块的工作原理21红外传感模块的电路原理图3-1-9红外对射传感电路

红外传感模块的电路原理图3-1-10红外反射电路红外传感模块的电路原理

用一个红外对射传感器模拟红外电子围栏，没有物体入侵即通过传感器时，红外光被感应，接收器导通，J5为低电平；当有物体通过传感器时，红外光被阻断，接收器截止，J5为高电平。

用一个红外反射传感模块模拟通道检测人员通过情况，没有人员经过通道时，红外光不会被反射，接收器截止，比较器采集的电压比基准电压高，J2输出为高电平；当有人员经过时，红外光被发射，接收器接受红外型号，接收器导通，比较器的采集电压比基准电压低，D1输出为低电平。声音传感模块的工作原理声音传感模块电路图测一测

声音传感器的信号检测依据是什么？涉及哪些环节？想一想生活中其他用到传感器的场景，同学们说说还有哪些？任务一使红外传感器任务资讯01任务实施03任务计划与决策02任务小结04智能红外防控系统结构分析智能红外防控系统电路设计分析规划与实施准备123任务计划与决策智能红外防控系统结构分析

本任务使用红外对射和红外反射传感模块来控制报警灯的亮灭情况，其输出的开关量信号送至相应的继电器控制端口；通过判断继电器模块控制的报警指示灯的亮灭就可以直观的观测到红外对射和红外反射遇到遮挡物时的输出状况，其结构模拟图和系统结构图如下图所示。系统由安装在矮墙或窗口上红外对射电子围栏和通道内的红外反射监测点、对入侵目标位置及下达报警及响应的指令的防控中心等组成。图3-1-11电子围栏与通道检测检测系统示意图图3-1-12红外防盗系统结构智能红外防控系统结构分析智能红外防控系统电路设计分析规划与实施准备123任务计划与决策智能红外防控系统电路设计

本次任务主要应用红外对射和红外反射传感器，根据传感器采集到的数据，识别围栏入侵和行人通过情况。通过灯光显示入侵位置和风险等级的判断结果。通过检测输出电压和指示灯继电器的工作状况可以进一步深入了解红外模块的工作原理。图3-1-13电子围栏与通道检测系统电路设计框图智能红外防控系统结构分析智能红外防控系统电路设计分析规划与实施准备123任务计划与决策智能红外防控系统分析与规划项目名称智能防盗系统任务名称红外传感器计划方式分组完成、团队合作、学材分析、资料调研计划要求1.

能依据连线图搭建智能红外防控系统硬件体系；2.能熟练使用继电器模块；3.能依据电路预设功能和端点的信号设定进行模块状态测量；4.

能依据测量结果准确判断红外传感器的状态，分析结果；序号主要步骤1

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声音传感模块的工作原理声音传感模块电路图测一测

声音传感器的信号检测依据是什么？涉及哪些环节？想一想生活中其他用到传感器的场景，同学们说说还有哪些？任务一使红外传感器任务资讯01任务实施03任务计划与决策02任务小结04任务实施模块电路搭建功能测试分析测量结果测评与分析硬件环境搭建系统中的指示灯模块用于指示电子围栏处有无入侵发生。红外模块上的红色指示灯用于指示入口通道在监控时间段内有无入侵发生。先参照图3-1-14将红外模块依安装在NEWLab实验底座上。为规范清晰表达各路连接，同学们可参考图3-1-13完成模块间的连接。 红外反射1的反射输出端J2至J12； 红外对射1的输出端J5连至继电器模块中继电器1的输入端J2； 继电器1的NO端J9连接指示灯模块1的12V+， 继电器1和2的COM端连接NEWLab实验平台的12V+， 指示灯模块的12V—连NEWLab实验平台上电源端12V—。

NEWLab实验平台上红外反射模块、红外传感模块和继电器模块上的GND是相通的，所有可以不用考虑负极的处理。硬件环境搭建图3-1-14红外防盗系统接线图任务实施模块电路搭建功能测试分析测量结果测评与分析任务实施检测系统工作状态下面进行电路模块工作状态测试，了解指示灯各个状态的含义及红外模块工作中的输出状态。电路接线检查无误后将通讯模式调至自动模式，并打开电源后两个模块power状态指示灯默认亮起。任务实施

检测系统工作状态下面进行电路模块工作状态测试，了解指示灯各个状态的含义及红外模块工作中的输出状态。电路接线检查无误后将通讯模式调至自动模式，并打开电源后两个模块power状态指示灯默认亮起。任务实施

红外对射工作状态及对应输出使用红外实验挡片放入红外对射1的凹槽中，遮挡红外信号，此时继电器1动作，常闭端断开，常开端闭合，电子围栏1状态灯亮。取走红外实验挡片，继电器1常开端断开，常闭端闭合，电子围栏1状态灯熄灭。结果表明，只要电子围栏1灯亮起即表明有非法入侵，需巡防人员尽快布控检查。任务实施

红外反射工作状态及对应输出使用红外实验挡片靠近红外反射1的正上方，反射红外信号，此时红外传感模块的红色LED即通道检测指示灯亮；取走红外实验挡片后，通道检测指示灯灭。结果表明，通道检测点灯亮起即有非法入侵，需巡防人员尽快布控检查。用相同的方法可以检测通道2的工作状态。任务实施模块电路搭建功能测试分析测量结果测评与分析任务实施

红外对射模块的常态输出电压和工作输出电压不遮挡红外对射的凹槽时，用万用表测量输出常态工作电压。先把万用表调至直流电压0-6V挡，黑色表笔连接红外传感模块的J4即GND端，红色表笔连接红外对射1的输出端红外对射输出1口即J5，测得红外对射的常态输出电压。用红外遮挡片遮挡红外对射的凹槽，再次测量两点间电压。任务实施

红外反射工作状态及对应输出使用红外实验挡片靠近红外反射1的正上方，反射红外信号，此时红外传感模块的红色LED即通道检测指示灯亮；取走红外实验挡片后，通道检测指示灯灭。结果表明，通道检测点灯亮起即有非法入侵，需巡防人员尽快布控检查。用相同的方法可以检测通道2的工作状态。任务实施

注意红外反射模块有红外反射输出端和反射AD输出端两个输出端。反射输出端是和红外接收模块的输出端直接相连，反射AD输出端是用比较器比较发射端电流和接收端电流后的结果，因此反射AD输出端的电压和电流经过处理，电压电流较为稳定作为常用的数字量输出端。如果驱动继电器时，需要较强电流电压，可以使用红外反射输出端。本小节着重研究数字量输出，不再测量红外反射输出端电压，只测量反射AD端的输出电压。任务实施模块电路搭建功能测试分析测量结果测评与分析结果验证

红外对射实验结果验证结果验证

红反射实验结果验证声音传感模块的工作原理声音传感模块电路图测一测

声音传感器的信号检测依据是什么？涉及哪些环节？想一想生活中其他用到传感器的场景，同学们说说还有哪些？任务一使红外传感器任务资讯01任务实施03任务计划与决策02任务小结04任务小结知识与技能提升谢谢大家学习汇报人：XXX汇报时间：XX年XX项目三智能防盗系统传感网应用开发（初级）系统应用及结构系统搭建与功能体验本项目学习目标123任务二霍尔传感器的认知和应用引导案例：任务二霍尔传感器的认知和应用引导案例：发挥想象，门磁还能在哪里使用？系统应用及结构系统搭建与功能体验本项目学习目标123引导案例：任务二霍尔传感器的认知和应用搭建模拟智能防盗系统霍尔防盗模拟系统本项目采用在NEWLab平台上安装霍尔模块，继电器模块，灯光模块来搭建模拟霍尔防盗系统，实现了用霍尔开关模块、霍尔线性模块进行监测，实现门禁开关状态感知、财物位置移动报警等功能。系统应用及结构系统搭建与功能体验本项目学习目标123引导案例：任务二霍尔传感器的认知和应用项目学习目标智能防盗系统项目学习目标围绕本任务的实现可完成如下学习目标：任务二霍尔传感器的认知与应用任务资讯01任务实施03任务计划与决策02任务小结04任务描述任务描述：

最近公司开展了安全排查，发现需要财物部门安全防护等级。要严格财物室门禁管理，并对重要财物实现不间断监控管理。

任务要求：利用霍尔开关完成财物室门禁开启和关闭检测；利用霍尔线性传感完成不间断监控重要财物；搭建系统电路，并对传感数据进行测量和分析。引导问题案例：

生活中的霍尔现象问题1：

霍尔线性在生活中还有那些用途，在防盗方面可以怎么用？霍尔效应、应用领域及发展趋势NEWLab霍尔传感模块任务资讯4312霍尔元件的测量误差及补偿方法霍尔集成电路霍尔效应、应用领域及发展趋势1霍尔效应霍尔元件基本结构2霍尔效应霍尔效应、应用领域及发展趋势

置于磁场中的静止金属或半导体薄片当有电流流过时，若该电流方向与磁场方向不一致，则在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。图3-2-1霍尔效应原理图在垂直于外磁场B的方向上放置一金属或半导体薄片，其两端通过方向如图所示的控制电流I，则在垂直于电流和磁场的另两端就会产生正比于控制电流I和磁感应强度B的电动势UH。利用这一霍尔效应制成的传感元件称为霍尔元件。霍尔效应霍尔效应、应用领域及发展趋势霍尔效应运动电荷受磁场中洛仑兹力作用的结果。当运动电子所受的电场作用力FE和洛仑兹力FL相等时，电子的积累达到平衡状态，此时在薄片两端建立电场称为霍尔电场，相应的电势UH称为霍尔电势。霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度与霍尔常数成正比而与霍尔片厚度成反比。为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。目前常用的霍尔元件材料有：锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料，其中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、温度性能和线性度都较好，应用最为普遍。霍尔效应、应用领域及发展趋势1霍尔效应霍尔元件基本结构2霍尔元件的基本结构霍尔效应、应用领域及发展趋势霍尔元件结构简单，由霍尔片、引线和壳体组成，结构见图3-2-2(a)。霍尔片是矩形半导体单晶薄片,见图3-2-2(b)。国产霍尔片的尺寸一般为4mm×2mm×0.1mm。在元件的长度方向的两个端面上焊有a、b两根控制电流端引线，通常用红色导线，称为控制电流级；在元件的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊接c、d两根霍尔端输出引线，通常用绿色导线，称为霍尔电极。霍尔元件的壳体采用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。霍尔元件在电路中可用如图3-2-2(c)所示的三种符号表示。标注时，常用H代表国产霍尔元件，后面的字母代表元件的材料，数字代表产品序号,如HZ-1型元件表示是用锗材料制造的霍尔元件，HT-1型元件表示是用锑化铟制作的元件,HS-1型元件表示用砷化铟制作的元件。a)霍尔元件结构b)霍尔片c)电路图形符号

图3-2-2霍尔元件霍尔效应、应用领域及发展趋势NEWLab霍尔传感模块任务资讯4312霍尔元件的测量误差及补偿方法霍尔集成电路霍尔效应、应用领域及发展趋势霍尔元件的测量误差及补偿方法制造工艺问题和实际应用中的各种不良因素都会影响霍尔元件的性能，从而产生误差，其中最主要的误差有不等位电势带来的零位误差以及由温度变化产生的温度误差。图3-2-3温度补偿电路

半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度等都随温度变化。对温度的变化很敏感，霍尔元件的性能参数如输入电阻、输出电阻、霍尔电势等都会随温度的变化而变化，这将给测量带来较大的误差，为了减少这一测量误差，除选用温度系数小的元件或采用恒温措施外，还可以采用适当的方法进行补偿。采用恒流源提供恒定的控制电流可以减小温度误差，但元件的霍尔灵敏度系数也是温度的系数，对于具有正温度系数的霍尔元件，可在元件控制极并联分流电阻来提高的温度稳定性，如图3-2-3所示。霍尔效应、应用领域及发展趋势NEWLab霍尔传感模块任务资讯4312霍尔元件的测量误差及补偿方法霍尔集成电路霍尔效应、应用领域及发展趋势1开关型霍尔集成电路线性霍尔集成电路2霍尔集成电路霍尔效应、应用领域及发展趋势随着集成技术的发展，用集成电路工艺把霍尔元件和相关的信号处理部件集成在一个单片上制成的单片集成霍尔元件，称作集成霍尔元件。按照输出信号的形式，可分为开关型和线性型两种。（1）开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路是把霍尔元件的输出经过处理后输出一个高电平或低电平的数字信号。这种集成电路一般由霍尔元件、稳压电路、差分放大器、施密特触发器以及集电极开路输出门电路等组成，其电路框图如图3-2-4所示，各部分电路的功能如下。①稳压源进行电压调整。电源电压在4.5V～24V范围变化时，输出稳定。该电路还具有反向电压保护功能。②霍尔元件将磁信号转变为电信号后送给下级电路。③差分放大器用于将霍尔元件产生的微弱的电信号进行放大处理④施密特触发器用于将放大后的模拟信号转变为数字信号后输出，以实现开关功能（输出为矩形脉冲）。⑤恒流电路作用主要是进行温度补偿，保证温度在-40℃～+130℃范围内变化时，电路仍可正常工作。⑥输出级通常设计成集电极开路输出结构，带负载能力强，接口方便，输出电流可达20mA左右。霍尔集成电路霍尔效应、应用领域及发展趋势以霍尔传感器A3144为例，图3-2-5所示霍尔传感器A3144的实物、内部结构和特性曲线图。它是宽温的开关型霍尔效应传感器，其工作温度范围可达-40℃~150℃。它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔元件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和OC门输出级构成，通过使用上拉电路可以将其输出接人CMOS逻辑电路。该芯片具有尺寸小、稳定性好、灵敏度高等特点。该传感器的输出开关信号可直接用于驱动继电器、三端双向晶闸管、晶闸管、LED等负载。

（a）实物

（b）内部结构

（c）特性曲线图

图3-2-5霍尔传感器A3144霍尔效应、应用领域及发展趋势1开关型霍尔集成电路线性霍尔集成电路2霍尔集成电路霍尔效应、应用领域及发展趋势

（2）线型霍尔集成电路线性型霍尔集成电路通常由霍尔元件、差分放大器、射极跟随输出及稳压电路四部分组成，其输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系，它有单端输出和双端输出两种形式，它们的电路如图3-2-6所示。单端输出的传感器是一个三端器件，它的输出电压对外加磁场的微小变化能做出线性响应，典型型号有UGN-3501T、UGN-3501U两种，区别只是厚度不同，T型厚度为2.03mm，U型厚度为1.54mm。图3-2-6线性型霍尔集成电路单端输出霍尔集成电路霍尔效应、应用领域及发展趋势以线性霍尔传感器SS49E为例，图3-2-7所示为线性霍尔传感器SS49E的实物、内部结构和特性曲线图。它是一款体积小、功能多的线性霍尔效应器件，在永久磁铁或电磁铁产生的磁场控制下工作，线性输出电压由电源电压设置并随磁场强度的变化而等比例改变。先进的内置功能电路设计确保了它的低输出噪声，使用时无需搭配外部滤波电路。内置薄膜电阻大大增强了器件的温度稳定性和输出精度。其工作温度范围宽达-40℃到150℃，适用于绝大多数消费、商业及工业应用。SS49E优点和特性为：4.5v-6v的工作电压范围；微型系统架构；低噪声输出；磁优化封装；准确的线性输出为外围电路的设计提供了更多灵活性；工作温度范围宽达-40℃-150℃。（（a）实物（b）内部结构（c）特性曲线图图3-2-7线性霍尔传感器霍尔效应、应用领域及发展趋势NEWLab霍尔传感模块任务资讯4312霍尔元件的测量误差及补偿方法霍尔集成电路霍尔效应、应用领域及发展趋势1霍尔传感器模块电路板认知霍尔传感器模块结构原理2霍尔传感模块电路板认识NEWlab套件的霍尔传感模块由霍尔数字模块和霍尔线性模块构成，可实现开关量的输出和线性电压量的输出。模块各接口的名称及功能如下：①线性霍尔传感器SS49E及相对应由霍尔线性元件构成的电路，共四个；②③霍尔开关传感器及相对应由霍尔线性元件构成的电路，共两个；④⑤⑥⑦线性AD输出1、2、3、4接口J4、J6、J7、J5，测量霍尔线性元件电路的输出电压；⑧⑨霍尔开关输出1、2接口J2、J3，测量霍尔开关元件电路的输出电压；⑩接地GND接口J1。NEWLab霍尔传感模块认识霍尔传感器模块电路板认知霍尔传感器模块结构原理21霍尔传感模块的电路原理模块中的霍尔线性传感检测模块主要由四个霍尔线性元件电路构成，图3-2-9（a）所示为其中一个霍尔线性元件电路。磁场增大时霍尔线性传感电路输出电压同时增加。当区域磁场发生变化时，四个霍尔线性传感电路构成的模块可清晰反应该区域的磁场变化情况。（a）霍尔线性元件电路图3-2-9霍尔传感模块电路板功能电路图霍尔传感模块的电路原理霍尔开关传感检测模块主要由两个霍尔开关元件电路构成，图3-2-9(b)所示为其中一个霍尔线性元件电路。当磁场增大到一定程度时霍尔开关传感电路输出电压发生跳变，从高电平变成低电平。利用两个霍尔开关元件模拟实现对门窗管理，当区域磁场增加时，门会有打开状态变成关闭状态，窗户会有关闭状态变成打开状态。图3-2-9霍尔传感模块电路板功能电路图（b）霍尔开关元件电路声音传感模块的工作原理声音传感模块电路图测一测

声音传感器的信号检测依据是什么？涉及哪些环节？想一想生活中其他用到传感器的场景，同学们说说还有哪些？任务二霍尔传感器的认知与应用任务资讯01任务实施03任务计划与决策02任务小结04门禁与重要物品监测系统结构分析门禁及重要物品监测系统电路设计分析规划与实施准备123任务计划与决策智能霍尔防控系统结构分析门窗管理和贵重物品移动报警系统结构如图3-2-10、图3-2-11所示，其由霍尔开关模块、霍尔线性元件模块、信号采集模块、灯光指示模块组成。门磁系统感知门窗的开关状态，货物上安装的磁贴以供识别货物是否被人移动。图3-2-10门禁及财物监控系统

图3-2-11门禁及财物监控系统结构123任务计划与决策门禁与重要物品监测系统结构分析门禁及重要物品监测系统电路设计分析规划与实施准备智能霍尔防控系统电路设计

本次任务主要应用霍尔线性模块和霍尔开关模块，根据传感器采集到的数据，识别物品有无被移动和门禁开关状态。通过灯光显示门禁开关状态和风险等级的判断结果。图3-2-12门禁与霍尔状态系统接线图123任务计划与决策门禁与重要物品监测系统结构分析门禁及重要物品监测系统电路设计分析规划与实施准备智能霍尔防控系统分析与规划项目名称智能防盗系统任务名称门禁和财物防盗系统搭建计划方式分组完成、团队合作、学材分析、资料调研计划要求1.了解霍尔传感模块的信号采集方式，能搭建系统电路；2.能实现单片机模块从霍尔模块采集数据；4.能完成单一元件状态检测项目的创建和调试；5.能分析项目的执行结果，归纳本节所学的知识与技能；序号主要步骤1

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声音传感模块的工作原理声音传感模块电路图测一测

声音传感器的信号检测依据是什么？涉及哪些环节？想一想生活中其他用到传感器的场景，同学们说说还有哪些？任务二霍尔传感器的认知与应用任务资讯01任务实施03任务计划与决策02任务小结04任务实施模块电路搭建明确工作状态结果测量分析硬件环境搭建图3-2-13门窗感应及货物状态感应系统实际接线图硬件环境搭建系统采用霍尔线性模块来检测货物放是否移动，用霍尔开关模块检测门窗开闭情况。系统搭建电路情况如下：先参照图3-2-12将红外模块依安装在NEWLab实验底座上。为规范清晰表达各路连接，同学们可参考图3-2-13完成模块间的连接。 指示灯模块的12V+端口连接继电器1的输出NO1端口J9， 指示灯模块12V-端口连接NEWLab实验平台的12V-； 继电器1的COM1端J8和背板上的电源端口12V+相连。 霍尔线性AD输出1即J4连接继电器模块J2口 霍尔开关输出1即J2连接红外传感模块J12口

NEWLab实验平台上红外反射模块、红外传感模块和继电器模块上的GND是相通的，所以可以不用考虑负极的处理。任务实施模块电路搭建明确工作状态结果测量分析任务实施下面进行系统工作状态测试，了解指示灯光及红外模块工作逻辑。电路接线检查无误后将NEWLab实验平台通讯模式调至自动模式后打开电源，两个模块Power状态指示灯应亮。任务实施

霍尔线性元件模块工作状态及对应输出磁铁的N极和S极两个磁极处的磁力线方向相反，导致霍尔电场变化的因素除磁场强度外还有表示磁场方向的磁力线方向。霍尔传感器作为感知磁场变化的传感器对磁场方向尤为敏感，特别是霍尔线性元件能灵敏感知磁场的方向和大小，其变化量转换为对外输出电压的变化。将磁铁置于货物内部且S极向下，贵重物品被拿走或移动时，系统监测到电压变化进行报警。当把磁铁N极靠近霍尔线性元件U6，继电器1断开，指示灯灭。当把磁铁S极靠近霍尔线性元件U6，继电器1闭合，指示灯亮。任务实施

霍尔开关元件工作状态及对应输出霍尔开关模块的检测需要用到磁铁的S极。连接好电路后，打开电源，我们看到指示灯亮。当用磁铁的S极贴近霍尔开关1时，输出低电平，红外传感器模块红色指示灯亮。当移开磁铁S极后，红外传感模块红色指示灯灭。状态检查如图所示。图3-2-15霍尔线性元件实际功能测试图任务实施模块电路搭建明确工作状态结果测量分析任务实施

霍尔线性模块的常态输出电压和工作输出电压当无磁铁靠近霍尔线性模块时，把万用表调至直流电压0-6V挡，测量其输出常态工作电压值，即万用表黑色表笔连接霍尔传感模块的输出GND端即J1，万用表红色表笔连接霍尔线性元件U1的线性AD输出1端，测得红外对射的常态输出电压。将磁铁S极逐渐靠近U1时，可以S极靠近电压。再将磁铁N极逐渐靠近U1，测量N极靠近电压。任务实施

霍尔开关模块的常态输出电压和工作输出电压霍尔开关模块是开关量，其输出只有两种状态。把数字万用表调至0-6V挡，先测量霍尔开关量的常态工作电压，用万用表黑色表笔连接GND端，红色表笔连接霍尔开关输出1即J2端，进行测量并记录。然后我们用磁铁的S极贴近霍尔开关1，此时霍尔开关处于工作状态，测量此时的S极靠近电压。我们再用磁铁的N极靠近霍尔开关1测量N极靠近电压。霍尔开关元件磁铁S极靠近电压测量霍尔开关元件常态工作电压测量霍尔开关元件磁铁N极靠近测量结果验证

霍尔线性实验结果验证结果验证

霍尔开关实验结果验证声音传感模块的工作原理声音传感模块电路图测一测

声音传感器的信号检测依据是什么？涉及哪些环节？想一想生活中其他用到传感器的场景，同学们说说还有哪些？任务二霍尔传感器的认知与应用任务资讯01任务实施03任务计划与决策02任务小结04任务小结知识与技能提升谢谢大家学习汇报人：XXX汇报时间：XX年XX项目三智能防盗系统传感网应用开发（初级）系统应用及结构系统搭建与功能体验本项目学习目标123项目三智能防盗系统引导案例：任务三红外传感器引导案例：看完视频你对周围的财产安全环境有什么要说的吗？系统应用及结构系统搭建与功能体验本项目学习目标123任务三红外传感器与霍尔传感器的综合应用引导案例：搭建模拟智能防盗系统智能防盗模拟系统本项目采用在NEWLab平台上安装霍尔传感模块来搭建模拟智能防盗系统，实现了用霍尔开关模块、霍尔线性模块的监测，实现电子围栏防控、通道人员通过监测、门禁开关状态感知、财物位置移动等功能。系统应用及结构系统搭建与功能体验本项目学习目标123项目三智能防盗系统引导案例：项目学习目标智能防盗系统项目学习目标围绕本任务的实现可完成如下学习目标：任务描述任务描述：公司原有的多个防盗系统需要整合和智能化升级，具体包含红外对射、红外反射、霍尔开关和霍尔线性四个模块，并要求通过ZigBee模块实现系统智能化控制，通过串口通信将传感器采集的数据送至安保中心集中处理。任务要求：利用外部中断感知红外对射，红外反射和复位按键的状态采集；利用IO口感知霍尔开关的状态、控制LED报警灯状态；利用ADC获取霍尔线性的电压值，并进行处理；利用串口将采集到的数据传送至安防中心完成测试程序的烧写，实现智能防盗系统工作状态的检测；

引导问题问题1：

你在日常生活中是怎样防盗的？效果怎么样？

问题1：

如果防盗的手段单一会产生怎样的效果？如何避免这种情况的出现？任务三红外传感器与霍尔传感器的综合应用任务资讯01任务实施03任务计划与决策02任务小结04电信号的形式与转换任务资讯312智能防盗系统架构分析传感器作用分析及GPIO端口分配电信号的形式与转换电信号的形式与转换信息是指客观事物属性和机互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。信号是信息的载体，是运载信息的工具，信号可以是光信号、声音信号，电信号。电话网络中的电流就是一种电信号。人们可以将电信号经过发送、接收以及各种变换，传递双方要表达的信息。数据是把事件的属性规范化以后的表现形式，它能被识别，可以被描述，是各种事物的定量或定性的记录。信号数据可以表示任何信息，如文字、符号、语音、图像、视频等。从电信号的表现形式上，可以分为模拟信号和教字信号。电信号的形式与转换1模拟信号数字信号234A-D转换CC2530中的ADC模块电信号的形式与转换1）模拟信号模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息，如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等，通常模拟信号称为连续信号，它在一定的时间范围内可以有无数多个不同的取值。电信号的形式与转换1模拟信号数字信号234A-D转换CC2530中的ADC模块电信号的形式与转换2)数字信号数字信号指自变量是离散的、因变量也是离散的信号，这种信号的自变量用整数表示，因变量用有限数字中的一个数字来表示，在计算机中，数字信号的大小常用有限位的二进制数表示。由于数字信号是用两种物理状态来表示0和1的，故其抵抗材料本身干扰和环境干扰的能力都比模拟信号强的多；在现代技术的信号处理中，数字信号发挥的作用越来越大，几乎复杂的信号处理都离不开数字信号，只要能把解决问题的方法用数学公式表示，就能用计算机来处理代表物理量的数字信号。电信号的形式与转换1模拟信号数字信号234A-D转换CC2530中的ADC模块电信号的形式与转换3)A-D转换A-D转换通常简写为ADC，是将输入的模拟编号转换为数字信号。各种被测控的物理量(如速度、压力、温度、光照强度、磁场等）是一些连续变化的物理量，传感器将这些物理量转换成与之相对应的电压和电流就是模拟信号。单片机系统只能接收数字位号，要处理这些信号就必须把它们转换成数字信号。模限/数字转换是数字测控系统中必须的信号转换。电信号的形式与转换1模拟信号数字信号234A-D转换CC2530中的ADC模块电信号的形式与转换3)A-D转换CC2530的ADC模块支持最高14位二进制的模拟数字特换，具有12位的有效数据位。它包括一个模拟多路转换器，具有8个各自可配置的通道：以及一个参考电压发生器。转换结果通过DMA写人存储器，还具有多种运行模式。电信号的形式与转换任务资讯312智能防盗系统架构分析传感器作用分析及GPIO端口分配智能防盗系统架构分析智能防盗系统又称为智能防盗报警系统，是预防盗窃、抢劫等意外事件发生的重要设施。不仅能减少枯燥的人员值守，降低安防人员的工作强度；同时能灵敏准确的提示出事地点，指示安防人员快速进行处理。安防行业智能化成为重要的发展趋势。智能化其实就是在普通的监控报警的过程中增加了智能分析反应、智能控制的功能。智能化可以让防盗报警系统工作更有效率，让用户更省心。本案例重点介绍基于CC2530单片机为核心的综合以红外对射技术构成的电子围栏、红外反射技术构成的通道人员检测、霍尔数字量技术构成的门磁系统、霍尔模拟量构成的贵重物品放置检测等传感技术共同组成的智能防盗系统。为便于理解和操控，每类传感器在本案例中只出现一个。智能安防系统结构如图3-2-1所示：外部中断MCU判断位置及入侵性质红外对射红外反射霍尔线性报警输出ADC霍尔开关防控中心服务器

复位开关串口通讯普通IO输出图3-3-2智能防盗系统结构图电信号的形式与转换任务资讯312智能防盗系统架构分析传感器作用分析及GPIO端口分配霍尔效应、应用领域及发展趋势1传感器功能分析GPIO端口分配和功能定义2传感器作用分析及GPIO端口分配红外对射模块和红外反射模块即案例中的电子围栏和通道检测按风险等级分别设置在不同区域，通过数字量采集器或连接zigbee模块的输入端，检测电平变化可以感知通过位置、次数、时间，从而通过指挥中心分配相应的巡防人员进行有目的的检查和防范。红外反射模块和红外反射模块的输出原理大致相同。红外对射模块监控的距离较远，设备一般较为笨重，适合安放在围墙上或可能开放的窗户上。红外反射模块发射端和接收端一般集成在一起，设备较为小巧，但感测距离较近，适合安放在空间较为狭窄的区域。1)传感器功能分析传感器作用分析及GPIO端口分配霍尔线性元件模块可以输出连续的电压，在常态工作时输出中间电压，磁铁S极越靠近输出电压越高，磁铁N极越靠近输出电压越低。霍尔线性元件可检测带磁标的货物是否移动、货物放置的方向，还可精确检测磁性物体离检测元件的距离、旋转角度和旋转速度等数据。本案例中通过检测霍尔线性传感所输出的电压值来判断货物是否离开指定位置，从而判断货物是否被移动或失窃。霍尔开关输出模块在常态工作时输出高电平，当磁铁S极靠近时即工作状态时输出低电平。任务中的门窗的打开和闭合状态检测可采用在门口安置磁铁和霍尔开关模块，即设置门磁系统，通过感知S极完成对门窗开合的感知，由MCU程序接收感知结果统计生成打开和关闭的次数和时间等数据，实现对门窗的安全监测。1)传感器功能分析霍尔效应、应用领域及发展趋势1传感器功能分析GPIO端口分配和功能定义2传感器作用分析及GPIO端口分配

CC2530单片机是本案例的核心单元，通过GPIO的功能设定，可以感知传感模块的实时状态，从而实现报警指示。CC2530共有21个数字I/O引脚，本案例中一共需要使用3个外部中断端口（红外对射、红外反射、复位按键），1个普通I/O输入口（霍尔开关量），1个ADC输入口（霍尔线性）3个普通I/O输出端口（三个指示灯）。输入信号中电子围栏、通道人员感应、系统复位等信号为数字量信号，并且在判断中只要有电压跳变即可确定触发，同时信号的判断和感知中需要实时进行，若进行循环判断输入将浪费大量单片机资源，为节省资源提高单片机工作效率，可选用外部中断输入模式；传感器作用分析及GPIO端口分配霍尔开关量也是数字量，但作为门磁感应需判断霍尔开关输出的电平状态，从而确定门禁的开合状态，故此类输入不能只判断电压跳变，需设置为普通I/O输入端，通过内部定时器定时读取即可。霍尔线性传感模块需要读取输出电流的大小，选择ADC模块对数据进行获取并处理；报警灯光输出只在报警条件触发时工作，因此只需要将四类报警状态通过灯光点亮次序区分开来即可，因此可选用普通I/O输出即可。为实现CC2530前端模块与控制中心服务端间通讯，需通过串口通讯模块实现远程数据传输。声音传感模块的工作原理声音传感模块电路图测一测

声音传感器的信号检测依据是什么？涉及哪些环节？想一想生活中其他用到传感器的场景，同学们说说还有哪些？任务三

红外传感器与霍尔传感器的综合应用任务资讯01任务实施03任务计划与决策02任务小结04智能防盗综合系统的逻辑组成端口分配及编程架构分析规划与实施准备123任务计划与决策智能防盗综合系统的逻辑组成智能防盗综合系统需要利用ZigBee模块中的CC2530单片机来综合处理红外对射信号、红外反射信号、霍尔开关元件、霍尔线性元件等多种传感器所获取的环境信息，对信息进行处理和筛选后通过I/O端口输出给报警系统。同时还要把实时安防数据传送给安防中心的服务端进行记录或进行联防处理。。智能防盗综合系统的逻辑组成端口分配及编程架构分析规划与实施准备123任务计划与决策端口分配及编程架构1端口分配及接线确定程序流程图2端口分配及编程架构本案例只是模拟搭建并测试系统的功能，故每类模块只选择一个连接进系统进行搭建并运用。红外对射、红外反射用于感知非确定性因素，观察电平变化即可判定出现入侵情况，但触发的时间无法的确定，故不适合以I/O口方式完成数据采集，而可以通过外部中断采集和时间测定，利用有限资源使系统具有更好的性能。具体GPIO分配如下：I/O类型引脚编号连接设备普通I/O输出端P1_0LED1(通讯)普通I/O输出端P1_1LED2(连接)外部中断P1_2红外对射外部中断P1_3红外反射外部中断P1_4Key1普通I/O输入端P1_5霍尔开关普通I/O输出端P1_6继电器

ADC0霍尔线性霍尔效应、应用领域及发展趋势1端口分配及接线确定程序流程图2端口分配及编程架构端口确定后就可以根据每个端口的实际用途分析程序的架构及流程，红外对射、红外反射、复位按键使用的是外部中断，霍尔开关使用的是普通I/O输入端口，霍尔线性使用的是ADC输入端，当外部中断有改变时，触发报警指示，同时串口发送数据；当霍尔线性数值变化时也需要触发报警装置并发送串口数据。当普通I/O输入端口高低电平发生改变时，需要判断高低电平状态以确定门窗的开合状态，并进行相应的报警指示，同时发送相应的串口数据。因此程序流程图如左图所示：123任务计划与决策智能防盗综合系统的逻辑组成端口分配及编程架构分析规划与实施准备智能防盗综合系统分析与规划项目名称智能防盗系统任务名称智能防盗综合系统计划方式分组完成、团队合作、学材分析、资料调研计划要求1.掌握CC2530单片机IO的设置方法和使用方法；2.掌握CC2530单片机外部中断的使用；3.掌握CC2530单片机定时器的使用；4.掌握CC2530单片机ADC的获取和使用；；5.掌握CC2530单片机串口通讯；6.能对CC2530单片机的端口进行分析和分类使用7.会对系统进行综合分析，依据模块功能