传感电子实验参考资料 实验十三 会说话的计步器 一、计步器 1、生物计步器 蚂蚁们有时会外出很远寻找食物，而从远处回家可不简单，但蚂蚁似乎不会迷路， 如果说它们可以根据视觉和嗅觉来确定位置，这个也许不奇怪，但在没有任何标志的 地方或在黑夜里，它们照样能够顺利回家。疑问随之产生：感知力低下的蚂蚁是如何 正确把握移动距离的呢？这个看似简单的问题却让生物界困扰了多年。 德国生物学家Matthias Wittlinger领导他的研究组提出了一个全新的“计步器”理论，并进行了科学验证。他们在一个蚁巢外10米处放置了诱饵吸引蚂蚁过来取食。随后收集一些寻到食物源的蚂蚁，对它们的腿部进行改造：给一些蚂蚁的腿接长一段，让它们大步前进，另一些蚂蚁的腿被截去了一些，其余正常蚂蚁作为对照组。研究发现，腿变长的蚂蚁由于步幅变长，过家门而不入，腿变短的蚂蚁还没有到家就都停下来寻找入口，对照组的蚂蚁却顺利回家。当参与实验的蚂蚁们第二次外出觅食，它们都能像正常蚂蚁一样，顺利地回家。这无疑印证了人们的猜测：蚂蚁往返于蚁巢和食物源，是依靠大脑中的“计步器”来测定路程。它们以固定步幅行走，只要记住步数，就能获悉自己行走的距离，若步幅长度发生变化，却仍然按照原来的步数行走，最后必然无家可归。 2、计步器的发明和发展 人类的计步器现存最早的是1667年在德国制作的。 1755年，日本出现了计步器。在中世纪和近代，计步器并未被重视使用，现存最早的德国计步器 因为人们认为用处不大。这说明机器的发明不及它对人类的用途重要。在日本， 计步器主要用于体育运动分析和记录行走。这时的计步器通常依据摆钟原理， 利用加重的机械开关检测步伐，并带有一个简单计数器。如果晃动这些装置， 日本最早的计步器 就可以听到有一个金属球来回滑动，或者一个钟摆左右摇摆。 机械式的计步器早已淡出历史，现在取而代之的是电子式的计步器。 3、现代计步器的原理 电子计步器主要由振动传感器（或加速度传感器）和电子计数器组成。人在带加速度传感 步行时，身体的手臂、腰部等各部分都会有一定的运动，能被传感器感受到。 器的控制模块 4、现代计步器的运用 对于喜欢运动的人来说，每天步行、跑步都成为了习惯，但对于一天的运动量与消耗的卡路里都不了解。而电子计步器能显示你每天所走的步数与消耗的卡路里，让运动更直观；使用计步器能激发参加锻炼的人的动力和热情，会使我们的血压下降更多，体重相应减轻。另外虽然运动有益健康，但是适合自己运动的量才是最佳的。所以电子计步器能有效的监控你每天步行的步数，有利于调控你的运动计划，避免运动不足，也防止运动过量造成疲劳或伤害。对于中老年人和慢性病人来说，计步器能够让他们进行科学的散步，适当的锻炼。 电子计步器 二、会说话的计步器 1、电子套件工作过程 该组套件通电工作时可戴在手上，行走时，手臂的摆动次数被带加速度传感器的控制模块感受到并记录下来，如果短按一下按钮，会产生一种电信号输到此控制模块，控制模块收到信号进行处理后，输出控制信号控制语音播放模块输出语音电信号到喇叭，喇叭把语音电信号转化为声音播报当前的步数。长按按钮会产生另一种电信号，使步数清零。 2、工作过程示意图 电信号1 按钮带加速度电信号2 语音播语音电信号 模块 控制信号 喇叭 传感器的放模块 控制模块 运动 压力变化 声音 传感电子实验参考资料 实验十四 防火灾和禁烟的烟雾报警器 一、火的产生和控制 火是物质燃烧过程中散发出光和热的现象。它给人类带来了光明和温暖，但如果火失去了控制，也会给人类带来极大的危害。 1、古人与火 远古神话中，燧suì人氏是发明钻木取火的人。钻木取火是根据摩擦 生热的原理，木材本身较为粗糙，在摩擦时，摩擦力较大会产生热量，加燧人氏 之木材又是易燃物，所以容易生出火来。 为减少火灾引发的灾难，大约在公元前26世纪-公元前21世纪，帝 喾kù就任命了专门管理火源的火官。据《史记楚世家》记载：“重黎为 帝喾高辛居火正，甚有功，能光融天下，帝喾命曰祝融。” 2、火灾的起因和统计 火官祝融 我国的火灾统计将“火灾原因”分为放火、电器燃气、违章操作、用火不慎、吸烟、玩火、自燃、雷击、原因不明和其他等10类。 在我国的一些大中城市，几乎每天都会发生家庭火灾，所以防火是每个家庭必须时刻注意的问题。2010年11月15日，上海市静安区一大楼因管理混乱、监管不力和违章操作发生大火，造成58人死亡，70多人受伤的重大火灾事故。假如能根据您家的实际情况预先采取简单的防火措施，一些悲剧是完全可以避免的。消防部门的统计显示，在所有的火灾比例中，家庭火灾已经占到了全国火灾的30%左右。家庭起火的原因很多，可能在我们注意的到的地方，也可能是注意不到的隐患。另外，火灾前或火灾时一般都会产生有毒的浓烟。 3、防范火灾的利器——火灾和烟雾报警器 1890年，美国人阿普顿发明第一个火灾报警器，他是爱迪生的同事。 1940年，瑞士人耶格发明气体传感器，并用香烟做了实验，而且把传感器成功应用到报警器中。 火灾传感器按照工作原理分类有离子式、光电式和气敏式等种类。 离子式和光电式可检测不同大小颗粒的烟雾，气敏式可检测易燃气体。 烟雾传感器 4、禁烟条例和烟雾报警器 2010年3月1日，上海市正式实施《上海市公共场所控制吸烟条例》，按照卫生部要求， 7大类28小类室内公共场所将全面禁烟，须在这些公共场所设置醒目的禁烟警语和标志。 个人违反条例不听劝阻，处以50-200元罚款，单位违反且逾期不改最高处以1-3万元罚款。 在禁烟场所，可以利用烟雾报警器，提醒人们遵守条例，关爱健康，珍惜生命，保护环境。 二、防火灾和禁烟的烟雾报警器 1、电子套件工作过程 此套件刚通电工作时，烟雾传感器的预热指示灯点亮，需预热5分钟，期间不会正常检测，等5分钟后，指示灯熄灭，进入稳定工作状态。如果烟雾传感器感受到周围有浓烟，会输出电信号到控制模块，控制模块收到信号后经处理输出两路控制信号，一路通过端口扩展模块控制LED灯亮起；另一路输到蜂鸣器模块，控制蜂鸣器模块发出警报。（蜂鸣器模块也可用音乐播放模块加喇叭代替。） 端口扩开关信号 LED灯 控制信号1 2、工作过程示意图 展模块 烟雾传电信号 烟雾 控制模块 蜂鸣器模块 感器模控制信号2 音乐播音频电信号 放模块 喇叭 灯光 声音 传感电子实验参考资料 实验十五 会说话的超声波测距仪 一、超声波 1、超声波发现前的故事 1793年的一个夏夜，意大利科学家斯帕拉捷吃完饭便走上街头，把笼子里的蝙蝠 放了出去。当他看到放出去的那几只蝙蝠敏捷地来回飞翔时，不由得叫起来；因为那 几只蝙蝠，眼睛已经全被他蒙上了。以前他看到蝙蝠在夜晚自由飞翔时，总认为它们 一定长着一双特别敏锐的眼睛，所以能在黑夜中灵巧地躲过各种障碍物，并且敏捷地 捕捉飞蛾；然而事实完全出乎他的意料。他很奇怪：不用眼睛，蝙蝠凭什么来辨别前 方的物体，捕捉灵活的飞蛾呢？他想有可能是嗅觉，于是把蝙蝠的鼻子堵住，结果， 蝙蝠在空中还是飞的那么自在。“难道是薄膜似的翅膀，不仅能够飞翔，而且能在夜 间洞察一切吗？”他又这样猜想。他捉来几只蝙蝠，用油漆涂满它们的全身，然而还 是没有影响到它们飞行。最后，他堵住蝙蝠的耳朵，这次，蝙蝠可没有了先前的神气。 它们在空中东碰西撞，很快就跌落在地。原来是靠听觉！ 斯帕拉捷的实验，揭开了蝙蝠飞行的秘密，促使很多人进一步思考：蝙蝠的耳朵 又怎么能“穿透”黑夜，“听见”没有声音的物体呢？后来人们继续研究，终于弄清 了其中的奥秘。原来，蝙蝠靠喉咙发出人耳听不到的“超声波”，这种声音沿着直线 传播，一碰到物体就像光照到镜子上那样反射回来。蝙蝠用耳朵接受到这种“回波”， 就知道前方有怎么样的障碍或食物，就能迅速做出判断，灵巧地飞翔和捕捉食物。 斯帕拉捷 2、超声波的定义 科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵 能听到的声波频率为20～20000赫兹。当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20 赫兹时，我们便听不见了。一般把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。 3、超声波的应用 超声波测距仪 超声波声呐测潜艇 超声波清洗 超声波管道探伤 B超诊断仪 4、超声波的发展 19世纪末到20世纪初，在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后，人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法，从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。 5、超声波收发模块工作原理 此模块的测距原理是往返时间检测法：超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经超声波接收器接收，期间经历的时间即往返时间，通常超声波在空气中的速度为340米/秒。所测距离=340米/秒X ½往返时间（秒） 二、会说话的超声波测距仪 1、电子套件工作工程 该组套件通电工作时，按下按钮不放，超声波收发模块中的激光灯点亮，把此灯指向被测平面，松开按钮灯熄灭，同时松开按钮会产生电信号输到带加速度传感器控制模块，此控制模块收到信号后，经处理输出控制信号到超声波收发模块，超声波模块开始发射并接收超声波完成测距，并把结果以电信号方式传回到此控制模块，此控制模块收到结果信号后，再输出控制信号让语音播放模块把结果信号转为音频电信号，再通过喇叭转为声音播报结果。 音频电信号 2、工作过程示意图 喇叭 带加速度控制信号2 语音播放模块 按钮电信号 感应器的控制信号1 压力变化 模块 控制模块 超声波收发模块 声音 测距结果信号 超声波收发模块 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/12f6c54fb9d528ea80c7798d.html