标签: 微波传感器

项目采用数字微波传感器和Arduino控制板，实现了一个人体探测系统，可探测到墙壁后方的活动物体。相较红外传感器、超声波传感器、PIR接近传感器和TOF飞行时间传感器方案，本项目对各种物体都敏感，而且传感器的数据不受室内温度的影响。 了解微波传感器 微波传感器是利用微波特性来检测一些物理量的器件，可感应物体的存在、运动速度、距离、角度等信息。 工作时，由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使功率发生变化。若利用接收天线接收通过被测物体或由被测物反射回来的微波，并将它转换成电信号，再由测量电路处理，就实现了微波检测。 结构上，微波传感器主要由微波振荡器和微波天线组成。微波振荡器是产生微波的装置，如速调管、磁控管或某些固体元件等。微波振荡器产生的振荡信号需用波导管传输，再通过天线发射出去。为了使发射的微波具有一致的方向性，天线应具有特殊的构造和形状。 相较PIR等，微波传感器性能不受光纤、温度、湿度、噪声、灰尘等影响，广泛应用于液位检测、自动洗衣机、车速测量、自动门运动检测、车辆倾覆、生产线材料检测、自动灯控、高阶安防警报系统等。 数字微波传感器V2.0 使用来自DFrobot的重力数字微波传感器V2.0，可非接触检测任何物体，其读数不受温度、湿度、噪声、空气、灰尘和光线的影响，具有较强的抗RF干扰能力，非常适合苛刻环境应用。由于输出功率小，对人体没有伤害，加上检测范围宽，还可用来检测非生命类物体。 主要特点包括： 工作电压：5V 工作电流：最大60mA，典型值为37mA。 探测距离：2－16米，可通过电位器调节。 探测角度：与天线并行方向72°，垂直方向为36°。 发射： 辐射频率: 10.525GHz 调频精度: 3MHz 输出功率(Minimum): 13dBm EIRP 谐波辐射: <-10dBm 平均电流: 2mA typ. 脉冲宽度(Min.): 5uSec 负荷周期(Min.): 1% 接收:　敏感度(10dB信噪比) 3Hz to 80Hz带宽: -86dBm 3Hz to 80Hz 带宽簇: 10uV 天线增益: 8dBi 垂直3dB宽带: 36 degrees 红色LED为电源指示灯，黄色为信号指示LED。没有活动物体时间。由于没有信号，LED保持熄灭状态，只有传感器检测到活动物体时点亮。 黄色PCB为天线接口板，红色引线为5V，黑色线为GND，绿色线为输出。 微波传感器测试 微波传感器光线的“ON”持续时间可按照需求进行改变，采用更高阶微波传感器可获得更高级的性能体验。 项目要求每隔3秒，就通过OLED显示模块显示一下发生中断的数目。这些中断只在出现移动物体，或者人体时才发生，数字越大意味着运动越多。 微波传感器的探测距离为2－16米，模块上的蓝色电位器就是用来调节测量距离的。 为了测试传感器的性能，我将其固定在房门上，安装时要将微波传感器的正面朝向被检测区域，看看能否检测到弟弟的活动。 果然，传感器成功检测到了房间里的弟弟。 构建人体探测系统 该系统可探测躲藏于墙壁后方的运动物体及人类，参见该探测系统电路图。 系统中，微波传感器的输出引脚连接于D2开发板的D2引脚，5v及GND两个引脚分别连接于Arduino的5v和GND引脚。 电路图左上侧是基于LM7805稳压器的5V稳定电压，J1是DC电源的母头。这里，我们连接了一个12v适配器、锂离子电池，或者太阳能电池板。 电路图右侧为一个i2c接口的SSD1306 OLED模块，其SCL引脚和SDA引脚分别链接于Arduino板子的A5、A4引脚。 以下是本活体探测系统代码： #include #include //Timer interrupt function library #include #include #define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels #define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels // Declaration for an SSD1306 display connected to I2C (SDA, SCL pins) #define OLED_RESET -1 // Reset pin # (or -1 if sharing Arduino reset pin) #define SCREEN_ADDRESS 0x3D Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET); int pbIn = 0; // Define interrupt 0 that is digital pin 2 int ledOut = 13; // Define the indicator LED pin digital pin 13 int number=0; //Interrupt times volatile int state = LOW; // Defines the indicator LED state, the default is not bright void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(ledOut, OUTPUT);// attachInterrupt(pbIn, stateChange, FALLING); // Set the interrupt function, interrupt pin is digital pin D2, //interrupt service function is stateChange (), //when the D2 power change from high to low , the trigger interrupt. MsTimer2::set(3000, Handle); // Set the timer interrupt function, running once Handle() function per 1000ms MsTimer2::start();//Start timer interrupt function display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); display.clearDisplay(); display.display(); } void loop() { display.setTextSize(2); display.setTextColor(WHITE); display.setCursor(0,5); display.println("status: "); display.setTextSize(3); display.setTextColor(WHITE); display.setCursor(0,30); display.println(number); display.display(); display.clearDisplay(); delay(10); } void stateChange() //Interrupt service function { number++; //Interrupted once, the number + 1 } void Handle() //Timer service function { number = 0; } 这样，将电路安装于墙壁上，微波传感器系统就能探测到墙壁的另一方是否有人在活动，并将结果显示在OLED显示屏上。

项目采用数字微波传感器、继电器和Arduino控制板，实现了一个对墙壁后方活动物体进行探测的自动光控系统。相较红外传感器、超声波传感器、PIR接近传感器和飞行时间（TOF）传感器方案，本项目对各种物体都敏感，而且传感器的数据不受室内温度、湿度和光线等环境因素的影响。 了解微波传感器 微波传感器是利用微波特性来检测一些物理量的器件，可感应物体的存在、运动速度、距离、角度等信息。 工作时，由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使功率发生变化。若利用接收天线接收通过被测物体或由被测物反射回来的微波，并将它转换成电信号，再由测量电路处理，就实现了微波检测。 结构上，微波传感器主要由微波振荡器和微波天线组成。微波振荡器是产生微波的装置，如速调管、磁控管或某些固体元件等。微波振荡器产生的振荡信号需用波导管传输，再通过天线发射出去。为了使发射的微波具有一致的方向性，天线应具有特殊的构造和形状。 相较PIR等，微波传感器性能不受光纤、温度、湿度、噪声、灰尘等影响，广泛应用于液位检测、自动洗衣机、车速测量、自动门运动检测、车辆倾覆、生产线材料检测、自动灯控、高阶安防警报系统等。 数字微波传感器V2.0 使用来自DFrobot的重力数字微波传感器V2.0，可非接触检测任何物体，其读数不受温度、湿度、噪声、空气、灰尘和光线的影响，具有较强的抗RF干扰能力，非常适合苛刻环境应用。由于输出功率小，对人体没有伤害，加上检测范围宽，还可用来检测非生命类物体。 主要特点包括： 工作电压：5V 工作电流：最大60mA，典型值为37mA。 探测距离：2－16米，可通过电位器调节。 探测角度：与天线并行方向72°，垂直方向为36°。 发射： 辐射频率: 10.525GHz 调频精度: 3MHz 输出功率(Minimum): 13dBm EIRP 谐波辐射: <-10dBm 平均电流: 2mA typ. 脉冲宽度(Min.): 5uSec 负荷周期(Min.): 1% 接收:　敏感度(10dB信噪比) 3Hz to 80Hz带宽: -86dBm 3Hz to 80Hz 带宽簇: 10uV 天线增益: 8dBi 垂直3dB宽带: 36 degrees 红色LED为电源指示灯，黄色为信号指示LED。没有活动物体时间。由于没有信号，LED保持熄灭状态，只有传感器检测到活动物体时点亮。 黄色PCB为天线接口板，红色引线为5V，黑色线为GND，绿色线为输出。 微波传感器测试 微波传感器光线的“ON”持续时间可按照需求进行改变，采用更高阶微波传感器可获得更高级的性能体验。 项目要求每隔3秒，就通过OLED显示模块显示一下发生中断的数目。这些中断只在出现移动物体，或者人体时才发生，数字越大意味着运动越多。 微波传感器的探测距离为2－16米，模块上的蓝色电位器就是用来调节测量距离的。 为了测试传感器性能，我将其固定在房门上，安装时要将微波传感器的正面朝向被检测区域，看看能否检测到弟弟的活动。 果然，传感器成功检测到了房间里的弟弟。 构建自动光控系统 这下，我们来构建一个自动光控系统。这个电路比较简单，微波传感器的输出引脚连接于D2开发板的D2引脚，5v及GND两个引脚分别连接于Arduino的5v和GND引脚。 电路图左上侧是基于LM7805稳压器的5V稳定电压，J1是DC电源的母头。这里，我们连接了一个12v适配器、锂离子电池，或者太阳能电池板。 电路图右侧为12v继电器模块，连接与Arduino板子的13引脚。该继电器用来控制灯泡，其地线直接连接灯泡，火线要通过继电器连接到灯泡上。 以下是本光控系统的代码： #include //Timer interrupt function library int pbIn = 0; // Define interrupt 0 that is digital pin 2 int ledOut = 13; // Define the indicator LED pin digital pin 13 int number=0; //Interrupt times volatile int state = LOW; // Defines the indicator LED state, the default is not bright void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(ledOut, OUTPUT);// attachInterrupt(pbIn, stateChange, FALLING); // Set the interrupt function, interrupt pin is digital pin D2, //interrupt service function is stateChange (), when the D2 power //change from high to low , the trigger interrupt. MsTimer2::set(1000, Handle); // Set the timer interrupt function, running once Handle() function per 1000ms MsTimer2::start();//Start timer interrupt function } void loop() { Serial.println(number); // Printing the number of times of interruption, which is convenient for debugging. delay(1); if(state == HIGH) //When a moving object is detected, the ledout is automatically closed after the light 2S, //the next trigger can be carried out, and No need to reset. Convenient debugging. { delay(2000); state = LOW; digitalWrite(ledOut, state); //turn off led } } void stateChange() //Interrupt service function { number++; //Interrupted once, the number + 1 } void Handle() //Timer service function { 2) //If in the set of the interrupt time the number more than 2 times, then means have detect moving objects, //This value can be adjusted according to the actual situation, which is equivalent to adjust the threshold //of detection speed of moving objects. { state = HIGH; digitalWrite(ledOut, state); //light led number=0; //Cleare the number, so that it does not affect the next trigger } else number=0; //If in the setting of the interrupt time, the number of the interrupt is not //reached the threshold value, //it is not detected the moving objects, Clear the number. } 这样，我将传感器安装在房门里面，再通过Arduino加装一个蜂鸣器，只要人来到房间门口，灯光就会亮起来，并蜂鸣提示。

　　摘 要： 当前人们对家居防火、防盗以及对家用电器远程控制的需求日益提升， 同时手机已经成为居民随身携带的通信工具， 基于此设计了一种基于GSM 模块的能够通过手机对家用电器进行远程控制的集火灾、入侵报警于一体的自动短信安防报警系统。该系统由AVR ATmega16 单片机外接GSM 模块作为控制主机， 由短信带密码操作， 可设定8 组用户电话号码， 可中文短信报警， 带有红外微波双鉴防盗和火灾检测无线通信接口， 有2 路无线控制继电器输出端， 可联动电源， 录像等工作。最后经实测表明系统具有很好的检测效果。 　　0   引言 　　随着我国大量现代化住宅小区的建成， 人们对住宅的防火、防盗以及对家用电器进行远程通断电的需求日益提升， 而在当前社会， 手机已经成为居民每日随身携带的通信工具， 基于此本文设计了一种基于GSM 模块的能够通过手机对家用电器进行远程通断电控制的集火灾、入侵报警于一体的可以自动向主人发送中文报警短信的安防报警系统。 　　1   系统结构 　　如图1 GSM 安防报警系统示意图所示， 本系统由AVR ATmeg a16 单片机外接GSM 模块作为控制主机，主机由短信带密码操作， 可设定8 组用户电话号码， 中文短信报警，系统具有3 路无线探测器（ 红外微波防盗， 烟雾报警） 无线通信接口， 同时有2 路无线控制继电器输出端， 可联动电源， 录像等工作。3 路无线探测器分别由红外热释电传感器、微波传感器、烟雾传感器以及无线收发模块构成。红外热释电传感器和微波传感器共同构成微波红外复合入侵探测器，烟雾传感器主要用于火灾检测。一旦系统由主人通过手机短信打开后， 如果检测到有人非法入侵或者有火灾发生，该系统将在立刻发短信通知设定好用户号码的主人（ 最多8 个手机号码） 。同时为了方便主人离家能够对家用电器等进行通断电的控制， 本系统还提供两路无线开关用作远程控制通断， 用户可通过短信命令对远程无线开关进行控制。 图1  GSM 安防报警系统示意图 　　如图2 系统主机结构图所示， 系统主机主要由MCU （ AT mega16 单片机） 、GSM（ T C35i） 及电平转换模块、延时接口电路（ 单稳态触发器） 及显示模块（ 12865LCD ） 、315 MH z 发射电路、315 MHz 及433 MHz接收电路以及电源适配模块（ AMS1117 3. 3和KIS3RR3 降压模块） 构成。 图2 系统主机结构图 　　1. 1   GSM 及电平转换模块 　　GSM 模块采用的是西门子工业级GSM 模块TC35i，由于T C35I UART 的电平为2. 9 V T TL电平， 不能直接与AT mega16 相连， 所以如图3 电平转换电路所示， 在RXD 端使用2 个简单的非门做电平转换以及在T XD 端串1 个限流电阻。由于TC35I 对电源要求较高（ 电压下降超过400 mV 将复位） , 并且在发送数据期间电流峰值会达到2. 5 A, 所以在靠近T C35I的地方并联了3 300 uF 的大容量电解电容， 以减少对电源的要求。 图3   电平转换电路 　　1. 2   延时接口电路及显示模块 　　本系统接收外部的无线信号采用的是查询的方式，为了防止信号丢失， 并尽量和市面上相同编码的无线模块兼容， 本文设计了一个单稳态延时接口电路， 该电路的原理图如图4 所示， Q1 基极为高电平时， C2 保存的电量被释放， 比较器输出高点平， 当基极由高电平降为低电平时， C2 通过R3 充电， 比较器的反相端电位缓慢上升， 一旦C2 的电压高过V ref 则比较器翻转， 输出低电平， 从而达到延时的目的。 图4  单稳态触发器延时接口电路 　　显示部分由ST7920LCD 构成， LCD 与MCU 使用SPI 进行连接。当有按键按下时就触发LCD 背光。无线接口部分由于防盗报警， 烟雾报警， 以及短信远程控制同时被触发的概率很小， 故整个系统不必使用过多频点进行通信， 主机使用315 MHz 的无线模块对无线开关进行控制， 而热释电红外和微波位移传感器分别使用315 MHz, 433 MHz 两个不同频率对主机发送报警信号， 这样可以使得报警时互不干扰。烟雾传感器使用315 MHz 的频率对主机发送信号。   　　1. 3   主机无线收发模块 　　无线收发模块主要由无线编码芯片SC2262、无线解码芯片PT2272、315 MHz 发射模块以及接收模块组成。主机对无线开关进行控制时使用无线编码芯片SC2262, 地址设置与接收部分PT2272 一致， 且震荡电阻应匹配， 当MCU 上电后或者主机收到远程控制的短信， MCU 先根据EEPROM 内保存的无线开关状态改变PD4~ PD7 电平， 然后MCU 将发送一个宽度为1 s的低电平脉冲至PT2262 的16 引脚（ TE） , 使SC2262对于PD4 ~ PD7 的数据进行编码再从17 脚输出至315 MHz发射模块。 　　由于市面上有些探测传感器的无线发射模块触发时只发高电平“1” ，所以主机解码芯片不能用带锁存的PT 2272L4, 否则PT 2272L4 输出的数据永远都是高电平， 会一直产生误报， 因此为了更好的与市面产品兼容，本系统主机无线接收部分采用了非锁存的PT2272M4芯片分别与315 MH z 和433 MHz 的接收模块连接。 　　这样当有人入侵触发报警时， 两个报警器发出的信号不会因为处在同一频率上而互相干扰而导致解码错误， 避免了检测到有人入侵但主机无报警的情况。烟雾报警器接收部分和微波报警器使用同一个PT2272 M4 和接收模块。由于红外、微波、烟雾报警被触发时发射的信号是不连续且不同步的， 所以接收到信号将由3 路的单稳态触发器做3 s 的高电平， 提高MCU 采样判断的准确性。 　　2   系统软件流程 　　系统的软件流程图如图5 所示。 图5   软件流程图 　　3   系统测试 　　微波感应器、红外感应器贴墙安装， 安装高度在3~5 m。对红外传感器从3 个不同角度进行测试， 分别为正对、前方偏右30℃ 、前方偏右45℃ , 测出有效感应距离分别为图6 中A、B、C 所示。微波传感器从3 个不同角度进行测试， 分别为正对、前方偏右30℃ 、前方偏右135℃ , 测出有效感应距离分别为图7 中A 、B、C 所示。红外感应器的最大感应直线距离达7 m, 最佳使用距离为6 m, 感应角度90℃ 。微波感应器的最大感应直线距离达9 m, 近距离全向有效， 最佳使用距离为5 m。 图6 红外传感器感应距离测试示意图 图7  微波传感器距离感应测试示意图 　　 4   结语 　　本文设计的自动短信安防报警系统采用了热释电红外、微波双感应器， 大大减少了误报、漏报， 提高了安防报警系统应用的可靠性。由AVR ATmeg a16 单片机外接GSM 模块作为控制主机， 只要在GSM 网络范围内， 无论用户身在何处， 都能远程报警； 由短信带密码操作， 增加了系统的安全性； 可设定8 组用户电话号码，可中文短信报警； 带有红外微波双鉴防盗无线通信接口， 提供远程无线开关功能， 有2 路无线控制继电器输出端， 可联动电源， 录像等工作。本文的设计使得安防产品的性能得到了提高， 同时降低了系统的成本。