《传感器应用技术》智能楼道灯音量监测系统

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显示模块
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杜邦线
若干
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杜邦线转香蕉线
若干
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香蕉线
若干
硬件环 打开项 代码认 编译代 程序下 结果验 境搭建 目工程 知 码 载 证
搭建本次实验的硬件平台，完成传感器之间的通 信连接
打开项目工程文件 对工程里的代码进行认知 对代码进行编译生成下载所需的.HEX文件 通过电脑将.HEX文件下载到单片机开发模块 结果验证
声器。
声音传感器的基础知识
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声音与声音测量
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声音传感器的分 类、结构
常用的声音传感器按换能原理的不同，大体可分为3种类型，即驻极体电容式、压电 驻极体声音传感器和动圈式声音传感器。
驻极体电容式声音传感器 1
声音传感器
压电驻极体声音传感器
2动圈式声音传感器来自3驻极体电容式声音传感器将电介质薄膜一个面作成电极,与固定电极保持平行,并配置 于固定电极的对面。在薄膜的单位电极表面上产生感应电荷。
XX公司承接了一个楼道灯改造项目，客户要求在现有节能 功能的基础上进行升级，对楼道灯进行智能操控。
现要进行第一个功能的改造设计，要求能根据人员活动情况 实现智能灯光控制。
实现当楼道中亮度足够时，楼道里的灯能够不亮； 当亮度不够时，楼道里的灯能够自动开启； 可以将楼道灯的状态显示在管理中心系统上。
传感器的定义： 传感器就是一种检测被测量信息的装置， 广义来讲，传感器把物理量或化学量等非电 量信息转变成便于测试利用的电信号器件。
传感器的基础知识
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传感器的定 义与作用
传感器的组成 与分类
传感器的特性
传感器的选用 原则
传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。
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传感器的组成
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2. 任务要求中要用到哪种传感器和执行器？ 声音传感器
楼道灯功能
通过上面的介绍，你是否对智能 楼道灯以及本任务所需要实现的 功能有所了解呢？
任务一智能楼道灯音量监测系统
01 职业能力目标 02 任务描述与要求 03 任务分析与计划 04 知识储备
05 任务实施 06 任务检查与评价 07 任务小结 08 任务拓展
单片机对输入的环境 音量信息进行检测
LCD用于显示智能楼 道灯的开关信息
继电器用于配合单片 机控制楼道灯的亮灭
智能楼道灯音量 监测系统结构分析
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智能楼道灯音量监 测系统的硬件框图
声音传感模块认识
继电器模块认识
声音传感器模块电路板结构图
板结构图中数字对应模块情况： ①MP9767P驻极体电容式声音传感器； ②麦克风信号接口J4，测试麦克风输出的音 频信号； ③信号放大电路； ④信号放大接口J6，测量音频信号经过放大 后叠加在直流电平上的信号，即比较器1的 负端输入电压；
【引导案例】
项目一 智能楼道灯
智能化后楼道灯能够根据人活动时产生的声音进行智能开启和关闭楼道灯；还能根据外界的 光线强度智能开启和关闭楼道灯；通过智能化管理避免了照明区域“长明灯”灯现象，既达 到好的照明效果，又实现大幅度的节约用电。
智能楼道灯
【引导案例】
项目一 智能楼道灯
什么是智能楼道灯，产品功能有哪些？
声音传感器模块电路板结构图
板结构图中数字对应模块情况： ⑤灵敏度调节电位器； ⑥灵敏度测试接口J10，测试可调电阻可调 端输出电压，即比较器1的正端输入电压； ⑦比较器电路； ⑧比较信号测试接口J7，即比较器1的输出 电压； ⑨比较输出测试接口J3，即比较器2的输出 电压；
智能楼道灯音量 监测系统结构分析
解决方法 通过判断声音传感模块的驻极体电容传声器的状态，当检测到声音时，楼道灯点亮。当未检测到 声音时，楼道灯关闭。
开发思路
需求2 通过单片机IO口的控制12V的指示灯模块的亮灭。
解决方法 由于单片机IO口的控制电压为5V且电流小，不能直接控制12V的指示灯模块，对此需要继电器模 块进行控制信号的传递。定义IO高电平为继电器吸合，IO低电平为继电器断开，设置当未检测到 声音时，继电器经过3S后自动断开。
智能楼道灯 音量监测系 统结构分析
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声音传感器 系统功能 代码分析
声音传感器的基础知识
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声音与声音测量
2
声音传感器的分 类、结构
声音:由物体振动产生的声波，通过介质进行传
播。声波可经空气、液体和固体传播，不能在
A
真空中传播。
对于人耳来说，只有频率为20Hz～20k Hz的声
波才会引起声音的感觉，因此 (20Hz～20kHz)
B
称为声频。
低于20Hz的声波称为次声
高于20kHz的声波称为超声
驻极体声音传感器
声电换能用声音传感器，是实现声音测
量的最基本和最重要的器件。
A
驻极体是指能长久保持电极化状态的电
介质，这种电介质一般是高分子聚合物。
例如：聚丙烯、聚四氟乙烯等。
声音传感器可以分为压强型和自由场型
B
两种形式。
一般在声级测量中均采用自由场型的传
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驻极体电容式声音 传感器的特性
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MP9767P驻极体 电容式声音传感 器的工作参数
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MP9767P驻极体 电容式声音传感 器的应用电路
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驻极体电容声音传感器极头的静态电容一般为10～18PF
2
背极式驻极体电容传声器,其驻极体与声振膜分开,选用频响宽的声
振膜制成的传声器寿命长,约为20年
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频响宽，体积小，重量轻，而且工艺简单、成本低、工效高、原材
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声音传感器 的基础知识
驻极体电容式 声音传感器的 特性、工作参 数与应用电路
智能楼道灯 音量监测系 统结构分析
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声音传感器 系统功能 代码分析
智能楼道灯音量 监测系统结构分析
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智能楼道灯音量监 测系统的硬件框图
声音传感模块认识
继电器模块认识
智能楼道灯音量监测系统的硬件框图
声音传感器模块用于环 境音量监测
的应用电路
驻极体式电容传声器，为了避免使用极化电压，有两种接法： 第一种接法动态范围大，电路稳定。第二种接法灵敏度高。
驻极体式电容传声器的接法简图
实际应用电路不需要外加极化电压，可简化电源电路设计。 省去极化电压后，避免了极化高电位产生的脉冲性噪声。
驻极体式电容传声器的应用电路图
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传感器的 基础知识
料消耗低
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有较高精度外,还允许有较大的非接触距离,优良的频响曲线
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良好的长期稳定性,在高潮湿的环境下仍能正常工作
驻极体电容式声音传感器的特性、工 作参数与应用电路
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驻极体电容式声音 传感器的特性
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MP9767P驻极体 电容式声音传感器
的工作参数
MP9767P驻极体 电容式声音传感 器的应用电路
工作电压：
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传感器的 基础知识
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声音传感器 的基础知识
驻极体电容式 声音传感器的 特性、工作参 数与应用电路
智能楼道灯 音量监测系 统结构分析
53
声音传感器 系统功能 代码分析
传感器的基础知识
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传感器的定 义与作用
传感器的组成 与分类
传感器的特性
传感器的选用 原则
光照度传感器 二氧化碳传感器
国国家家标标准准GGBB77666655--8877对对传传感感器器下下的的定定义义：： ““能能感感受受规规定定的的被被测测量量并并按按照照一一定定的的规规律律转转 换换成成可可用用信信号号的的器器件件或或装装置置，，通通常常由由敏敏感感元元 件件和和转转换换元元件件组组成成””。。
传感器的基础知识
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传感器的定 义与作用
传感器的组成 与分类
传感器的特性
传感器的选用 原则
原则一： 根据测量 对象与测 量环境确 定传感器
类型
原则二： 灵敏度选
择
原则三： 频率响应
特性
原则四： 线性范围
原则五： 稳定性
原则六： 精度
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传感器的 基础知识
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声音传感器 的基础知识
驻极体电容式 声音传感器的 特性、工作参 数与应用电路
开发思路
在LCD屏幕上显示楼道灯的状态。
需求3
解决方法
使用LCD12864进行显示，显示内容为分两行，第一行显示内容“智能楼道路灯”，第二行显示 路灯状态，通过断电器的吸合来判断，灯亮显示“路灯状态开启”，灯灭显示“路灯状态关闭”。 LCD定时刷新时间为0.1秒。
需求3的开发思路
任务一智能楼道灯音量监测系统
驻极体式电容声音传感器的结构简图
驻极体式声音传感器
ECM压电声音传感器结构图
动圈式声音传感器结构示意图
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传感器的 基础知识
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声音传感器 的基础知识
驻极体电容式 声音传感器的 特性、工作参 数与应用电路
智能楼道灯 音量监测系 统结构分析
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声音传感器 系统功能 代码分析
驻极体电容式声音传感器的特性、工 作参数与应用电路
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传感器的基础知识
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传感器的定 义与作用
传感器的组成 与分类
传感器的特性
传感器的选用 原则
传感器的 特性
静态特性 动态特性
线性度
灵敏度 迟滞现象
重复性
分辨率
稳定性
传感器的静态特性是指传感器的输出量与 静态的输入量之间的关系，且与时间无关。
传感器的动态特性是指传感器在动态快速 变化时，其输出量随着输入量的变化而变化 的特性，要求传感器能迅速准确响应和再现 被测信号的变化。
了解传感器的定义与作用、组成与分类 掌握传感器的特性、选用原则 了解声音传感器的基础知识 掌握声音传感器的特性、工作参数与应用电路
能根据驻极体电容式声音传感器的结构、特性、工作参数和 应用领域，正确地查阅相关的数据手册，实现对其进行识别 和选型；
能根据驻极体电容式声音传感器的数据手册，结合单片机技 术，准确地采集楼道中的声音数据；
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传感器的 基础知识
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声音传感器 的基础知识
驻极体电容式 声音传感器的 特性、工作参 数与应用电路
智能楼道灯 音量监测系 统结构分析
声音传感器 系统功能 代码分析
需求1
判断当前环境是否有声音，当人步行至楼道，或者在楼道说话时均会发出响声。发出 声音时，实现楼道里的灯能够自动亮起。当人经过楼道后，没有声音时，楼道里的灯 能够延时关闭。
能理解继电器和执行器的工作原理，根据单片机获取声音传 感器的状态信息，准确地控制继电器和执行器。
任务一智能楼道灯音量监测系统
01 职业能力目标 02 任务描述与要求 03 任务分析与计划 04 知识储备
05 任务实施 06 任务检查与评价 07 任务小结 08 任务拓展
任务描述 任务要求
结果演示-视频
声
智 能 楼 道 灯
人 体 感 应
控 、 光 控 功
声控、光控功能
能
信 息 管
手 机
消 防 应
APP
理
急
平 台
控 制
功 能
任务一 智能楼道灯音量监测系统
01 职业能力目标 02 任务描述与要求 03 任务分析与计划 04 知识储备
05 任务实施 06 任务检查与评价 07 任务小结 08 任务拓展
01 职业能力目标 02 任务描述与要求 03 任务分析与计划 04 知识储备
05 任务实施 06 任务检查与评价 07 任务小结 08 任务拓展
任务实施前必须先准备 好以下设备和资源。
设备清单表
序号
设备/资源名称
数量
是否准备到位 （√）
1
声音传感模块
1
2
继电器模块
1
3
指示灯模块
1
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单片机开发模块
实施纪要表
智能楼道灯音量监测系统硬件环境接线图
系统信号间接线表
点击“Project—Open Project”菜单项，进入本次任务的工程代码 文件夹，打开project目录下的工程文件“Microphone.uvproj”。
任务一智能楼道灯音量监测系统
01 职业能力目标 02 任务描述与要求 03 任务分析与计划 04 知识储备
05 任务实施 06 任务检查与评价 07 任务小结 08 任务拓展
1.什么是传感器，传感器由哪些部分组成？
光敏传感器
温度传感器
气敏传感器
1.任务中涉及智能楼道灯的哪些功能？
音量监测功能
楼道灯功能
A
1-10VDC
基准工作电压：
阻抗：
B
C
4.5V；
小于2.2KΩ；
信噪比：
消耗电流：
D
56dB（最小）； E
0.5mA（最大）
驻极体电容式声音传感器的特性、工 作参数与应用电路
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驻极体电容式声音 传感器的特性
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MP9767P驻极体 电容式声音传感器
的工作参数
MP9767P驻极体 电容式声音传感器
1
2
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智能楼道灯音量监 测系统的硬件框图
声音传感模块认识
继电器模块认识
继电器模块
图中数字对应模块情况： ①5V的继电器； ②控制输入端J2，常用于配合单片机的IO口 对继电器进行开关控制； ③控制输入端的地J3，配合J2控制输入端形 成一条控制电路的回路；
继电器模块
图中数字对应模块情况： ④继电器的常闭端J10，在继电器未接收到控 制信号时与J8互相导通； ⑤为继电器的常开端J9，只有在继电器接收 到控制信号时与J8互相导通； ⑥J8配合J9、J10被控制输出端形成一条被控 制电路的回路，此回路仅存在一条。