嵌入式学习第 11 天：温湿度、红外、光电传感器原理

一、温湿度传感器 DHT11/DHT22

实拍实物图

1. 外观结构标注

1. 白色感应探头：内部集成湿度感应元件+测温热敏电阻
2. 黑色PCB底座：电路处理与信号转换电路
3. 三根排针引脚：统一定义
   • VCC：正极供电（3.3V~5V）
   • GND：公共地线
   • DATA：单总线数字信号输出脚

2. 工作原理

• 湿度检测：利用湿敏电容，空气湿度变化 → 电容值改变 → 转为电信号
• 温度检测：内置NTC热敏电阻，温度越高阻值越小
• 内部自带AD转换与校准电路，直接输出数字信号，无需主控额外换算模拟量

3. 核心特点

• DHT11：精度一般，成本低，家用智能家居首选
• DHT22（AM2302）：精度更高、测温范围更广，工业环境常用
• 单总线通信，一根线即可完成数据读取，接线简单

4. 实际应用场景

室内环境监测、空调温控、大棚农业温湿度采集、机房环境监控

5. 嵌入式测试要点

1. 通电后确认是否正常初始化
2. 对比环境实际温湿度，校验采集数据误差
3. 测试高低温环境下数据是否漂移
4. 长时间通电测试是否出现数据断连、跳变

二、人体红外感应传感器 HC-SR501

实拍实物图

1. 外观结构标注

1. 半球形菲涅尔透镜：汇聚人体释放的红外光波，扩大感应范围
2. 红外感应探头：核心感应元件，只检测移动人体红外热源
3. 距离调节电位器：顺时针旋转增大感应距离
4. 延时调节电位器：调节人体离开后延时关灯/延时输出时长
5. 引脚端子
   • OUT：信号输出引脚
   • GND：地线
   • VCC：供电3.3V/5V

2. 工作原理

1. 一切有温度的物体都会向外发射红外线，人体体温发射红外波长最稳定
2. 菲涅尔透镜把分散红外光聚焦到感应元件上
3. 只识别移动的人体热源，静止人体、家具、墙体不会触发
4. 检测到人体活动 → OUT引脚输出高电平；无人则输出低电平

3. 核心特点

• 非接触式感应，无需人体触碰
• 白天黑夜均可使用，不受可见光影响
• 可自由调节感应距离与延时时间

4. 实际应用场景

应用：

人体感应灯、楼道照明、安防报警、智能设备唤醒

测试要点：

静止不误触发、走动灵敏度 / 距离、延时精准度、遮挡透镜失效验证

5. 嵌入式测试要点

1. 静止站立测试是否误触发
2. 走动测试感应灵敏度与有效距离
3. 测试延时功能是否精准生效
4. 遮挡透镜，验证是否失效

三、光电传感器（红外对射式）

1. 外观结构标注

分为发射端 + 接收端成对使用

1. 发射头：内置红外发光二极管，持续发射不可见红外光束
2. 接收头：内置红外接收三极管，专门接收对应频率红外光
3. 接线引脚：供电正负极 + 信号输出脚

2. 工作原理

• 无遮挡状态：发射端红外光束直射接收端 → 电路导通，输出指定电平
• 有物体遮挡：红外光线被隔断 → 接收端收不到信号 → 电平翻转
• 依靠光路通断判断中间有无物体

3. 分类与用法

1. 槽型光电（U型）：一体式，中间凹槽放遮挡物，常用于测速、计数

结构：U 型槽，一边红外发射管，一边接收管
原理：槽内无遮挡 → 光通 → 输出低电平；有遮挡 → 光断 → 高电平
应用：电机测速、计数、限位检测（如打印机纸张检测）

2. 分离对射型：两端分开安装，用于流水线物体检测、门禁闸机

结构：发射端 + 接收端（分开安装，距离可达数米）
原理：发射端持续红外光 → 接收端接收 → 无物体输出正常电平；遮挡则翻转
应用：流水线计数、自动门防夹、闸机检测、车位有无

4. 实际应用场景

流水线物料计数、电机转速测速、自动门防夹检测、打印机纸张检测、车位有无检测

5. 嵌入式测试要点

1. 无遮挡状态确认输出电平正常
2. 放入不同厚度物体，测试遮挡识别灵敏度
3. 远距离安装测试通信是否稳定
4. 强光环境下测试是否出现误判

总结

1. 温湿度传感器：采集环境温湿度，湿敏元件+热敏电阻，输出数字信号，用于环境监测
2. 人体红外传感器：感应移动人体热源，靠红外热释电原理，做人体感应触发
3. 光电对射传感器：依靠红外光路通断，检测有无物体遮挡，多用于计数、限位、测速