S3i第14課主動式紅外線感測器

由 roc · 2018-07-12

紅外線感測器可分為主動式和被動式兩種。(註)

主動式的紅外線感測器(紅外線避障模組)，感測器本身會發射紅外線光束，當紅外線光束被物體擋住後，紅外線光束就會反射，接收器接收反射的紅外線，做出動作。例如：廁所的自動沖水小便斗、感應式水龍頭。

被動式的紅外線裝置：紅外線動作感測器 (Passive Infrared Sensor) 又稱為(PIR Motion Sensor)，感應器本身不會發射紅外線光束。原理就是利用物體發射出來的紅外線的變化，來感應物體的移動。一般利用人體會發出紅外線的特性，常用來當作感應人體的感測器。

iL學習板板子上的是主動式紅外線感測器：

由板子上的插孔寫[2IRSW]來控制，感測器本身會發射紅外線光束，當紅外線光束被物體擋住後，紅外線光束就會反射，接收器接收反射的紅外線，做出動作。

PS：板子連接電腦後，肉眼看不出來有發射紅外線光束，但是從攝影機(影片)中可以看到有一顆亮的LED就是發射紅外線光束的LED，另一顆暗的LED是接收端。

一、基本測試：

使用Jump直接將D2和[2IRSW](紅外線感測器)、D13和LEDY兩兩接上。

由數位腳位D13來控制黃色LED燈亮或滅。

WFduino預設D2~D13是OUTPUT，改設定成INPUT時需要在設定之後加一個等待時間，讓程式有時間轉換。

[腳位(12)模式設為(INPUT)]：先設定要用到的腳位，數位腳位D2為INPUT(輸入)

[等待0.5秒]，讓程式有時間轉換。

[重複無限次]，[說(讀取數位腳位2)]，測試紅外線感測器的輸入值變化。

測試結果：

沒有遇到東西(手)時，數位腳D2的輸入訊號為高電位(數值1)

當遇到東西(手)時，數位腳D2的輸入訊號變為低電位(數值0)

程式下載：

二、感應式水龍頭

模擬感應式水龍頭作用，感應到手靠近，啟動LED，並說沖水了，發出水滴聲，模擬沖水。

[腳位(12)模式設為(INPUT)]：先設定要用到的腳位，數位腳位D2為INPUT(輸入)

沒有遇到東西(手)時，數位腳D2的輸入訊號為高電位(數值1)

當遇到東西(手)時，數位腳D2的輸入訊號變為低電位(數值0)

不停重複的偵測數位腳D2的輸入訊號，如果是低電位(數值0)表示有感應到東西(手)，讓數位腳位D13變成高電位，黃色LED亮，並且說[沖水了]、發出水滴的聲音。

否則就是沒有東西(手)經過，讓數位腳位D13變成低電位，LED不亮。

程式下載：

延伸：

1.配合繼電器(WFduino第十三課)，可以真的啟動水龍頭沖水。

2.改裝成物體偵測器，當有物體經過就發出音樂。

3.改裝成感應燈，當有物體經過就打開電燈。

4.改裝成防盜器，當有物體經過就發出警告。

PS：一般的主動式紅外線感測器偵測距離短，特殊用途需要特殊規格。

5.當手第一次揮過[紅外線感測器]時，亮燈，第二次揮過[紅外線感測器]時，關燈。

參考：

檯燈開關(兩段式開關)http://blog.ilc.edu.tw/blog/blog/868/post/111175/728042

6.每一次手揮過[紅外線感測器]時，RGB LED就亮不同的顏色。

三、超商來客通知

模擬超商來客通知，當紅外線感測器感應到有東西經過時，就會發出歡迎光臨的音樂。

[腳位(12)模式設為(INPUT)]：先設定要用到的腳位，數位腳位D2為INPUT(輸入)

沒有遇到東西(人)時，數位腳D2的輸入訊號為高電位(數值1)

當遇到東西(人)時，數位腳D2的輸入訊號變為低電位(數值0)

不停重複的偵測數位腳D2的輸入訊號，如果是低電位(數值0)表示有感應到東西(人)，讓數位腳位D13變成高電位，LED燈亮，螢幕上顯示說［歡迎光臨！歡迎光臨！］，並播放來客音樂，再用[說…..]的擴充積木，讓電腦說出 [ 歡迎光臨！歡迎光臨！]。

否則就是沒有東西(人)經過，讓數位腳位D13變成低電位，LED不亮。

程式下載：

PS：一般的主動式紅外線感測器偵測距離短，不適合超商使用，一般超商的感應裝置是人體紅外線模組。

四、感應式計數器

[腳位(12)模式設為(INPUT)]：先設定要用到的腳位，數位腳位D2為INPUT(輸入)

做一個計數器的變數，一開始設為0

重複執行偵測動作。

沒有遇到東西時，數位腳D2的輸入訊號為高電位(數值1)

當遇到東西時，數位腳D2的輸入訊號變為低電位(數值0)

[等待讀取數位腳2=0] ，等待東西經過(遮蔽)時，就讓數位腳位D13變成高電位，LED燈亮，讓計數器的值加1，計數次數加1。

[等待讀取數位腳2=1]，等待東西過去了(沒有遮蔽)，就讓數位腳位D13變成低電位，LED燈熄滅。

程式下載：

延伸：

1.投籃機：做個籃框，在籃框旁加上計數器，球投進就會自動計分。

註：影片來源：硬漢爸

2.配合7段顯示器，讓計數結果顯示在板子上的7段顯示器。

五、打擊樂

當遮蔽紅外線感測器時，電腦就發出一個聲音，一群人輪流遮蔽紅外線感測器，讓電腦完成彈奏鼓聲。

[腳位D2模式設為INPUT]：設定數位腳位D2模式為輸入。

沒有遇到東西(手)時，數位腳D2的輸入訊號為高電位(數值1)

當遇到東西時(手)時，數位腳D2的輸入訊號變為低電位(數值0)

不停重複的偵測數位腳D2的輸入訊號，如果是低電位(數值0)表示有感應到東西(手)，讓數位腳位D13變成高電位，LED亮，彈奏鼓聲。

可以選擇發出不同的[鼓聲]，發出不一樣的鼓聲。

程式下載：

延伸：

各組選擇不同的鼓聲，配合節奏，大家一起彈奏(遮光)，就可以是打擊樂團合奏了。

六、演奏歌曲

當遮蔽紅外線感測器時，電腦就發出一個聲音，一群人輪流遮蔽紅外線感測器，讓電腦完成歌曲演奏。

先設定樂器種類，上圖的1是鋼琴。

[腳位D2模式設為INPUT]：設定數位腳位D0模式為輸入。

然後將歌曲音符編排好，加上偵測動作的[等待…]指令

當遇到東西時(手)時，數位腳D2的輸入訊號變為低電位(數值0)，就彈奏一個音符。

這樣就可以依序將歌播完。

因為歌曲常常有一些重複的曲段，所以用函式積木來編排，節省程式長度，比較簡潔。

如果想要變換樂器，只要更改[樂器種類]就可以了。

程式下載：

延伸：

1.學生自由創作不同的音樂

2.使用Jump直接將D6和BEEP蜂鳴器連接，使用蜂鳴器來演奏樂曲。

七、應用：

生活中的應用

1.廁所的自動沖水小便斗：接收訊號後啟動繼電器讓沖水開關打開

2.感應式水龍頭：接收訊號後啟動繼電器讓水龍頭開關打開

3.電梯、鐵捲門的防止夾人裝置：當感應到有人(物品)時，暫停關門動作，避免夾傷人。

3.機器人避障：裝置在機器人身上偵測障礙物，控制機器人避免碰撞。

4.避障小車：裝置在自走車上偵測障礙物，控制自走車避免碰撞。

5.自走車黑白線循跡：裝置在自走車上偵測地面黑線或白線，控制自走車沿著路線行走。

6.做好偵測感應設備，再加上大喇叭，就成了第一課的垃圾桶和資源回收箱了。

https://youtube.com/watch?v=qRgWttqFKu8

https://youtube.com/watch?v=zCt_MzsnIUk

註：要真的實用還有一些細節要改進，例如：接線要堅固，加裝擴音線路才能讓喇叭發出夠大的聲音……….

7.多媒體互動牆

製作方法：

http://mingshiuan.blogspot.com/2012/12/arduino.html

註：

紅外線感測器可分為主動式和被動式兩種。

A：主動式

左邊一般用於循跡自走車，右邊常用於避障小車。

特性：

該感測器模組對環境光線適應能力強，其具有一對紅外線發射與接收器，發射器發射出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收器接收，經過電路處理之後，輸出介面輸出數位訊號（一個低電位訊號）。可透過電位器旋鈕調節檢測距離(順時針，距離增加；逆時針，距離減少。)，有效距離範圍2～80cm，檢測角度35°。

B：被動式

紅外線動作感測器 (Passive Infrared Sensor) 又稱為(PIR Motion Sensor)，是屬於被動式的紅外線裝置，感應器本身不會發射紅外線光束。原理就是利用物體發射出來的紅外線的變化，來感應物體的移動。一般利用人體會發出紅外線的特性，常用來當作感應人體的感測器。

HC-SR501 人體紅外線模組：