傳感器與通信、計算機被稱為現代信息技術的三大支柱和物聯網基礎，其應用涉及國民經濟及國防科研的各個領域，是國民經濟基礎性、戰略性產業之一。星球號是集結電子行業名企專家、知名大學教授、技術大牛與實戰高手，旨在為讀者呈現原創的、優質的技術解讀與經驗分享的自媒體平台，歡迎圍觀。

設計一個水分檢測傳感器至MCU之間的電路

1.傳感器對象

結合專業的特點，選擇Grove公司的Moisture Senor傳感器。根據官方網站顯示：Moisture Senor傳感器用於檢測土壤的水分或者判斷傳感器周圍是否有水分，讓您花園裡的植物在渴望時能夠伸出援手。 該傳感器非常易於使用，您只需將它插入土壤並讀取數據即可。 使用這個傳感器，您可以製作一個小工程，讓植物給您發送消息，如「我現在口渴，請給我一些水」。

2.傳感器特性分析

根據官方文檔數據，規格參數如下表：

項目 使用環境 最小 標準 最大

單位工作電壓 ——- 3.3 ——- 5 V

工作電流 ——- 0 ——- 35 mA

輸出數值在乾燥的土壤中 0 ——- 300 mV

在潮濕的土壤中 300 ——- 700 mV

在水中 700 ——- 950 mV

3.傳感器輸出接口電路

傳感器正常工作電壓輸入為3.3V~5V，輸出為電壓模擬量。依據土壤水分的不同，輸出電壓範圍在0~950mV，設計的輸出接口電路為4pin，分別是VCC，GND，OUT_V，NC（用於固定）

4.信號處理電路設計

4.1有源濾波器的設計

無源濾波器的通帶放大倍數不能大於1，而且在通帶的放大倍數和截止頻率和所帶的負載有關，有源濾波器是在無源濾波器的基礎上增加運放，通帶放大倍數帶負載的能力得到提高。根據傳感器的輸出特點，設計的有源濾波是為了濾除額外加在輸出信號的無關信號，因為一階有源濾波器截止頻率和無源濾波器截止頻率f相同，且對數幅頻曲線以-20dB的斜率下降，為了達到更好的濾波效果和更快衰減，這裡選擇二階有源濾波器。（最開始設計的一階濾波器，能夠達到效果，但是電阻增大，而且效果不如二階的好，這裡是根據仿真後進行的選擇。）電阻R2=1K，R3=4k，假設系統因為某些原因存在1KHZ的干擾電壓存在,幅度為50mV，那麼R1=R2//R3=1kΩ，取1K。截止頻率f=1/2πRC，則計算出C=0.198uF，選擇電容為0.15uF。

4.2運放選擇

根據傳感器使用的場合和實現檢測土壤水分的需求，信號處理時，不需要非常快的電壓轉換速率，這一條件可以選擇通用的集成運放LM358。雖然它的帶寬窄，速率低，壓擺率不高，但由於經濟，成本低，替代性強，在本實驗中完全可以滿足濾波的需要。結合數據手冊LM358的工作電壓單電源3V—30V，無論控制器是選擇32位的STM32單片機還是選擇8位的STC89C51單片機，電壓具有很好的兼容性。因此，有源濾波需要的運放選擇LM358。

4.3放大倍數計算

根據4.2的分析，考慮經濟性，控制器選擇常用的8位STC89C51單片機，系統的正常供電電壓5V，傳感器最大的輸出電壓為950mV，，最大的放大倍數不能超過6倍，考慮到一定的裕量以及電壓明顯的變化，選擇放大倍數為5。當傳感器滿量程輸出的時候，在單片機的AD埠可以讀到電壓為4.75V。當傳感器沒有輸出的時候，在AD埠讀到的電壓為0V（不考慮運放的失調電壓，偏置電壓等問題。）……

人體熱釋電紅外傳感器 PIR應用注意事項

人體都有恆定的體溫，一般在 37 度，所以會發出特定波長 10μm 左右的紅外線，熱釋電敏感元對波長範圍為 0.2～ 20 微米的紅外輻射敏感。

在結構上敏感元電極化方向相反，以抑制由於自身溫度升高而產生的干擾。由此，均勻的環境背景溫度下敏感元作用相同，釋電效應抵消，傳感器無信號輸出；同樣溫度平衡不動時，釋電效應抵消後是固定值，傳感器也沒有信號輸出；只有溫度變化時（人體發射的 10μm 左右的紅外線通過菲涅爾濾光片增強後聚集到紅外感應源上），敏感元受到的紅外輻射不同，傳感器才輸出感應信號，經過電路放大處理，實現控制目的。

PIR應用及設計注意事項

※溫度對靈敏度的影響，容易受熱源，光源的影響

※環境溫度與人體溫度接近時，靈敏度下降，探測距離縮短

※環境溫度比人體溫度低時，靈敏度上升，易造成PIR自激

※冬季比夏季靈敏度高5倍，冬季容易誤動作

※ PIR應避開日光燈、汽車頭燈、白熾燈照射，也不能對著熱源，以避免環境溫度的變化而造成誤報

※ PIR工作中，成品模組不能有振動，避免其出現自激現象，因PIR的敏感元會因震動而產生電荷變化

※施加靜電時可能會造成破壞，因此，操作時請重點留意，避免直接用手碰觸端

※一定要先裝上菲涅爾透鏡和成品外殼（傳感器的鐵殼和引腳不能裸露）才能進行測試，否則可能會影響感應效果，風吹易誤觸發。

※每款菲涅爾透鏡都有固定的焦距，安裝時一定要注意，如果焦距沒有調好，感應靈敏度會降低。

目前這種集成的感應器件，國內廠商都有類似的問題存在，注意以上問題的規避，因溫度對傳感器影響很大，在設計及測試的過程中注意各溫度環境下的測試……

DHT11及DHT21溫濕度傳感器時序圖解析（STM32）

DHT11和DHT21是學習單總線通信中常見的傳感器，在畢業設計中也常常用來測量環境的溫濕度數據。

下面對DHT11和DHT21進行簡單的對比：

DHT11：

測量範圍：20-90% RH 0-50℃

測濕精度：±5% RH

測溫精度：±2℃

分辨力：1

DHT11引腳說明（正面觀看，左邊的為1腳）：

DHT21（AM2301）：

測量範圍：0-99.9% RH -40~+80℃

測濕精度：±3% RH

測溫精度：±0.5℃

分辨力：0.1%RH/0.1℃

典型應用電路：

說明：

（1）、DHT11和DHT21供電範圍都是3V~5.5V，對於STM32單片機，我們VDD引腳接3.3V即可……

紅外氣體傳感器電子電路設計

簡介：

熱釋電探測器用於探測紅外信號的變化。本應用說明給出了SGX Sensortech紅外氣體傳感器所用電子電路的設計指南。這些信息用於一般建議，應注意使電路適應應用的特殊要求。通過遵循本應用說明的建議，用戶應能夠使用SGX Sensortech紅外氣體傳感器實現出色的性能。氣體檢測系統的典型框圖如圖1所示

紅外氣體傳感器包含一個由燈驅動電路在低頻下脈衝的燈。紅外輻射的脈衝在內部反射，從而提供一條穿過目標氣體的長路徑。熱釋電探測器用於探測紅外信號的變化。測量波段波長很敏感，通常被目標探測氣體吸收。參考波段不敏感，該波長不會被目標檢測氣體吸收。

小的熱釋電輸出信號在形狀上近似鋸齒狀，必須進行放大和濾波。帶通放大器用於只通過基頻，並減少其他頻率的任何熱噪聲。放大器的輸出大致呈正弦曲線。

模數轉換器（ADC）對放大器輸出的最大值和最小值進行採樣，以確定峰峰值電平。微處理器使用測量和參考通道的峰峰值比來計算實際氣體濃度。兩個通道對背景溫度都很敏感，因此需要一個溫度傳感器，以便微處理器能夠補償高溫輸出對環境溫度的影響。有些氣體傳感器有一個內部溫度傳感器。如果沒有，電子電路應在傳感器本體附近提供一個溫度傳感器。微處理器可以根據應用程式驅動多個輸出。這些可能包括一個液晶顯示器，一個4-20毫安的接口，一些報警或其他需要的輸出。

燈驅動

燈的頻率和穩定性

建議採用4 Hz50%占空比的方波燈驅動波形。重要的是頻率是由晶體控制的源產生的，例如帶有晶體基準的微處理器。模擬RC振盪器不夠穩定，無法精確操作。使用微處理器時，應注意確保燈驅動波形上沒有因定時變化或軟體中斷而出現的頻率或相位變化。

如果頻率增加超過4Hz，則pyro輸出將降低。雖然較低的頻率會產生更高的pyro輸出，但它也會給整個系統帶來許多其他問題：

•還需要降低ADC採樣率，從而通過平均降低噪聲。

•輸出放大器需要使用較大的電容器，這可能會導致本質安全儀表的認證問題。

SGXSensortech在測試和表徵氣體傳感器時使用4Hz的燈驅動頻率……

一文帶你了解霍爾傳感器

1 霍爾效應

霍爾效應是美國物理學家 Edwin Hall 於1879年發現；由於導體中電流的性質，電流是由電子的定向移動所形成的，並且電子移動的方向和電流方向相反；

通常，電子脫離之後的導體便留下了空穴，表現為正電壓； 如果導體周圍存在足夠強的磁場，這時候電荷會受到一種稱為洛倫茲力的力，電荷移動的路徑便會發現偏移，因此，偏移的電荷會積累到導體的同一面上，而另一面留下空穴，這樣導體之間便產生了電勢差；

2 霍爾傳感器

霍爾效應產生的電勢差非常小，往往只有幾微伏，因此霍爾傳感器中往往內置了非常高增益的運算放大器，根據整體需求還會配合其他一些系統電路，整體架構如下所示；

通常霍爾傳感器最終輸出的信號有模擬信號和數位訊號兩種；

• 輸出數位訊號：一般在運算放大器後級增加一個施密特觸發器，則輸出信號為數位訊號，通常為系統提供相應的遲滯和開關閾量，類似的如開關型霍爾元器件；
• 輸出模擬信號：線性霍爾傳感器的輸出量是模擬信號，配合ADC進行採樣，可以用於檢測物體的位移；

開關型霍爾根據輸入信號和輸出關係的不同可以分為：單極性霍爾，雙極性霍爾，全極性霍爾；

2.1 單極性霍爾

單極性霍爾的開關特性通常是磁場的磁極和傳感器的正反面要一一對應，否則可能會沒有輸出，具體如下表所示；

條件 輸出 磁場S極靠近正面 Low 磁場N極靠近正面 None 磁場S極靠近反面 None 磁場N極靠近反面 High

2.2 雙極性霍爾

相較於單極性霍爾，雙極性霍爾傳感器可以鎖存輸出電平的狀態，直到下一個輸入到來，才會改變輸出狀態，廣泛的應用與直流無刷電機，計數，定位等系統中；

條件 輸出 磁場S極靠近正面 Low --> High 磁場N極靠近正面 High --> Low

2.3 全極性霍爾

全極性霍爾開關會在磁場S極靠近正面時輸出低電平，N極靠近正面，輸出高電平；

條件 輸出 磁場S極靠近正面 Low 磁場N極靠近正面 High

3 磁編碼器

磁編碼器內部就集成了Hall元件，在正面存在旋轉磁場的時候，就可以輸出相應的信號，這樣就可以實現非接觸式得測量轉速，位置信號，因此在工作環境嚴酷的情況下，該應用場景就非常理想；具體檢測方式如下圖所示……

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