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山 科 技 大 學

電 機 工 程 系

學 生 專 題 製 作 報 告

紅外線感應燈

Infrared ray Sensor light

指導教授: 陳俊榮博士

專題組員: 黃世華 學號:4041J004

何宗育 4030J113

中華民國 106 年 6 月

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山 科 技 大 學

電 機 工 程 系

學 生 專 題 製 作 報 告

紅外線感應燈

Infrared ray Sensor light

指導教授: 陳俊榮博士

專題組員: 黃世華 學號:4041J004

何宗育 4030J113

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中華民國 106年 6月

紅外線感應燈

黃世華 何宗育

崑山科技大學電機工程系

摘要

本專題紅外線感應燈主要是採用 Arduino所提供的平台及應用 C

語言程式設計，來達到紅外線感應警示作用，當人體經過所設定

紅外線範圍，立即觸動感測器裝置，啟動透過 C語言所設計的程

式及 Arduino的裝置，快速啟動感應燈或其他可並聯連接的警示

裝置。本專題透過實作完成後，發現成效良好，具有體積小，可

隱藏、並穩定的發揮其應有功能，並且具有低成本容易製造的優

點。並且透過此技術，可以擴展至其他應用裝置。

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Infrared ray Sensor light

HUANG,SHI-HUA HE,ZONG-YU

Graduate School of Electrical Engineering, Kun Shan University of Technology

Abstract

The special infrared sensor lamp is mainly used Arduino provided by the

platform and application of C language program designed to achieve the role

of infrared sensor warning，when the human body through the set infrared

range, immediately touch the sensor device，start the program designed with C

language and Arduino's device, quickly activate sensor lights or other warning

devices that can be connected in parallel。

After the completion of the project, found that the results are good, with

small size, can be hidden and stable play its due function, and has the

advantages of low cost easy to manufacture。And through this technology, can

be extended to other applications.。

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誌謝

在此感謝陳俊榮教授這一年來的教導與督促，在我們不懂的專業

知識上提供協助讓我們可以順利完成專題製作，也時常督促我們

讓我們的進度有穩定的前進，在我們有做不好的地方也會給我們

建議，給我們改善的方向，並教我們上台報告該注意的地方，以

及做簡報需要的東西，每次的開會都會跟我們說簡報上不足的地

方，然後哪裡需要增加或減少，讓我們的簡報漸趨完善，最後我

們也如期地完成了這次的專題。

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目錄

中文摘要......................................4

英文摘要......................................5

誌謝..........................................6

目錄..........................................7

圖目錄........................................9

一、緒論......................................10

1.1 簡介.................................10

1.2 研究動機.............................10

1.3 研究結果.............................10

二、研究內容與方法............................12

2.1 紅外線原理...........................12

2.2 Arduino UNO 板介紹....................14

2.3 HC-SR501 人體紅外線感應模組介紹.......19

三、實驗部分………............................21

3.1 動作流程圖.............................21

3.2 成品圖.................................22

3.3 程式...................................23

四、結論.......................................24

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4.1 缺點與改善............................24

4.2 結論..................................24

五、參考文獻..................................25

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圖目錄

圖一 電磁波光譜圖……………………………………………14

圖二 Arduino 實體圖…………………………………………15

圖三 HC-SR501人體紅外線感應模組實體圖…………………20

圖四 HC-SR501人體紅外線感應模組介紹……………………20

圖五 HC-SR501人體紅外線感應模組介紹……………………20

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一、緒論

1.1簡介

紅外線感應器在現在已經很普及了，但是我們卻對這個物件卻是

幾乎不熟悉，經過這次專題製作可以讓我們了解紅外線感應器是

需要甚麼原件來組合才能運作，在尋找製作方法的時候發現

Arduino面板可以做到紅外線感應的功能，就想著試試看用來做

專題。

1.2研究動機

我們做這項專題的契機，是有一次的夜晚漫步在校園裡經過

廁所的走廊時，原本昏暗的走廊在我經過的時候電燈竟然亮了起

來，這時我就在想為什麼電燈為自己亮呢?我沒有去按開關他竟

然自己亮了，後來我才發現電燈會亮是因為裝設在走廊的紅外線

感應裝置，感應到了我，這讓我很感興趣，就衝著這個想法開始

了我們的專題計畫。

1.3研究過程

一開始我們先從撰寫程式著手，我們參考了很多書本裡的程式和

網路上的程式，也詢問過在 Arduino 方面比較了解的朋友，對程

式比較瞭解之後我們便開始撰寫，完成之後我們就試著在

Arduino官方網站所開放的線上模擬測試，我們透過這個模擬測

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試中得知需要什麼原件來完成這個專題，並在測試的過程中修正

程式錯誤與多餘的地方，使得程式更加的完善，在進行成品製作

的過程中，在前期的製作上，由於有先進行線上模擬測試的關係，

把程式輸入 ArduimoUNO 板後沒有問題，所以並沒有遇上太大的

問題，只是後來發現感應人體的HC-SR501人體紅外線感應模組，

感應太過良好，以至於電燈常常是在亮的，後來經過我不段的修

改程式調整元件終於讓我改善了這個問題。

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二、研究內容與方法

2.1紅外線原理

自然界中的一切物體，只要它的溫度高於絕對溫度(-273℃)就存

在分子和原子無規則的運動，其表面就不斷地輻射紅外線。紅外

線是一種電磁波，它的波長範圍為 0.75 ~ 1000um，不為人眼所

見。紅外成像設備就是探測這種物體表面輻射的不為人眼所見的

紅外線的設備。它反映物體表面的紅外輻射場，即溫度場。

紅外線是在 1800年由天文學家威廉·赫歇爾發現，他發現有一種

頻率低於紅色光的輻射，雖然用肉眼看不見，但仍能使被照射物

體表面的溫度上昇。太陽的能量中約有超過一半的能量是以紅外

線的方式進入地球，地球吸收及發射紅外線輻射的平衡對其氣候

有關鍵性的影響。

當分子改變其旋轉或振動的運動方式時，就會吸收或發射紅外線。

由紅外線的能量可以找出分子的振動模態及其偶極矩的變化，因

此在研究分子對稱性及其能態時，紅外線是理想的頻率範圍。紅

外線光譜學研究在紅外線範圍內的光子吸收及發射。

紅外線包含近紅外線、中紅外線、遠紅外線、超遠紅外線：

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近紅外線：0.75~1.5μm，又稱紅外線 A中紅外線：1.5~6μm，

又稱紅外線 B，遠紅外線：6~25μm，又稱紅外線 C，超遠紅外線：

25~1000μm，也稱紅外線 C，近紅外線：波長較短、能量較高，

生物體較容易因近紅外線生熱感，通常火炬、電暖爐等加熱體所

產生的紅外線大多屬於近紅外線，長時間暴露在近紅外線底下，

容易造成皮膚灼傷或白內障等傷害，目前應用領域多為偵測元件

的發展，常運用軍事雷達及食品檢測的質譜分析上。

中紅外線：適用於通訊與偵測系統，應用範圍廣泛，如光纖中紅

外線雷射、煙霧偵測，利用特殊的感應器及形成電子影像。

遠紅外線：應用於淨水設備，能對水分子產生共振，使水分子團

變小，當水分子團所包覆的雜質被釋放出來後，水中的重金屬較

容易經由淨水設備分離。遠紅外線可對細胞產生共振，將電磁能

轉換為熱能，使皮下組織的溫度微升，產生微血管擴張與血液循

環加快的現象，便可減少心臟的壓力，達到促進新陳代謝的功效。

遠紅外線又稱為生育之光，因人體所產生的波長為 8~14μm，體

內會產生共振效果，細胞才會開始活化。

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圖一

2.2Arduino UNO 板介紹

Arduino 硬體介紹:

Arduino 設計之初的目的是希望讓設計師和藝術家們能夠

很快地透過它學習電 子和感測器的基礎知識,並應用到他們的

設計當中。設計中所要表現的想法和創意 才是最主要的,至於單

片機如何工作,硬體的電路是如何構成的,設計師和藝術家 們並

不需要考慮。h1h2h3h4Arduino 的出現,大大降低了互動設計的

門檻,沒有學過電子知識的人也能夠使 用它製作出各種充滿創

意的作品。越來越多的藝術家、設計師開始使用 Arduino 製作

交互藝術品。

Arduino的特色 :

開放源碼(open-source)。不僅軟體是開放源碼，硬體也是

開放的。軟體的開發環境可在網上免費下載，而 Arduino 的電

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路設計圖也可從官方網站自行下載，依據自身之需求進行修，但

須要符合創用 CC授權條款。

開發簡單，參考資料多。在以往的硬體環境中，要開發微控

制器的程式，開發者需要具備電子、電機及相關科系的背景，一

般人需花費大量時間能有機會進入這個開發環境中。Arduino 學

習門檻較為簡單，不需要電子電機相關科系的背景，也可以很容

易學會 Arduino相關互動裝置的開發。由於 Arduino 以公開共

享為基礎，多數人都樂於分享自己的作品，網路上能找的創作案

子非常豐富。以此為基礎，有時只需要參考分享者的作品，依據

自身的需求行調整，就可以在短時間內完成自己的創作。

UNO板元件介紹

圖二

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(1)支援 USB 接頭傳輸資料及供電。

(2)輸入電壓 Power Jack，可以單獨使用，不需連接 USB電腦時

就可以直接接上 5V 變壓器，或是電池直接供電。

(3)FTDI USB 晶片，這是 USB 的 Client 端的晶片，透過這個晶

片就可以跟電腦溝通連結傳遞資料。

(4)Voltage Regulator:穩壓器，保持電壓的穩定。

(5)LED 燈：用來顯示傳遞接受的資料 RX和傳遞出去的資料 TX，

如有資料進去跟出去的話這 LED燈都會閃爍一下，並且這兩個

LED燈，和區域 7 的接腳 0 和接腳 1 是相連結的。

(6)LED 燈：用來顯示區域 7的接腳 13，是高電壓還低電壓。

(7)數位接腳:由右到左那他分別是

(7-1)：數位接腳 0 到數位接腳 13：你注意看一下印刷，有些字

前面有～符號，例如說～10，這個意思是當它可以當成數位接腳

10，可以做 PWM 的資料輸出，所以呢這個符號的意思是說在這

個板子上面，只有特別的接腳可以做 PWM 的資料輸出。

(7-2)：GND: 接地接腳。

(7-3)：AREF：AREF 是指模擬參考。他的英文全名是 Analogue

reference，它可以讓我們知道 Arduino的參考電壓。例如，如

果我們要測量的最大電壓範圍 3.3V，我們那我們就需要有一個

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很好的 3.3V，是那我們就可以從 AREF接腳取得。

(8)RX<- 0 和 TX -> 1:意思是說如果要做 UART 資料傳遞的話，

想要把資料傳進去 Arduino 的話，可以透過 TX -> 1（接腳 1），

那 Arduino 如果要做做 UART 資料傳遞出去的話，就可以把接腳

RX<- 0 （接腳 0）接到另外一個硬體上面。今天要提醒一下這

兩個接腳，平常他時會跟 USB連接線連結在一起了，所以說如果

你要把程式燒錄透過 USB 到這個版子上時，在那個時刻請確定你

的接腳 0 和接腳 1 上面是沒有任何接線的，不然程式燒錄的動作

就會失敗。

(9)LED 燈：電源顯示燈。

(10)重新執行程式按鈕。

(11)ICSP Header:英文的全名是 In-circuit serial

programming序列燒錄方式， PIC 燒錄器燒錄程式的方法，程式

記憶體為 Flash 的版本使用方便的 ICSP 序列燒錄方式。

(12)Microcontroller: 控制晶片。

(13)類比訊號接腳：a0,a1,a2,a3,a4,a5

(14)電源控制的接腳：

(14-1): Vin (電源輸入)

(14-2): Gnd (接地)

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(14-3):Gnd (接地)

(14-3): 5V (5V 電源輸出)

(14-3): 3V3 (3V 電源輸出)

(14-3): RESET (重新執行程式)

這個板子上面的一共有:

Digital I/O 數位式輸入/輸出端共 1~13、Analog I/O 類比式

輸入/輸出端共 0~5、支援 USB接頭傳輸資料及供電、支援 ICS

線上燒錄功能、支援 TX/RX端子、ll支援支援 AREF AREF端子

端子、支援 3~6組 PWM端子、輸入電壓：接上 USB 時無須供電、

5V~12V DC 輸入、輸出電壓：5V DC 輸出採用 Atmel

Atmega8/168/328 單晶片、Arduino 大小尺寸：寬 70mm X 高

54mm。

處理器介紹

ATMEGA168、RISC 架構、16KBytes Flash、0.5kBytes EEPROM、

F.max 20Mhz(20MIPS) 、Interrupts *26、PWM Channels *6、

RTC YES、0.5kBytes EEPROM、1KBytes SRAM、I/O *23Pins、

VCC 1.8~5.5V、10-bit ADC *6、16-bit Timers *1、Self program、

Memory YES、SPI + USART、Watchdog YES、UART *1。

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2.3 HC-SR501 人體紅外線感應模組介紹

HC-SR501 是基於紅外線技術的自動控制模組，採用德國原

裝進口 LHI778 探頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作

模式，廣泛應用於各類自動感應電器設備，尤其是乾電池供電的

自動控制產品。

1、全自動感應：人進入其感應範圍則輸出高電位，人離開感應

範圍則自動延時關閉高電位，輸出低電位。

2、光敏控制（可選擇，出廠時未設）可設置光敏控制，白天或

光線強時不感應。

3、溫度補償(可選擇，出廠時未設)：在夏天當環境溫度升高至

30～32℃，探測距離稍微變短，溫度補償可作一定的性能補償。

4、兩種觸發方式：（可跳線選擇）

a、不可重複觸發方式：即感應輸出高電位後，延時時間段一結

束，輸出將自動從高電平變成低電平

b、可重複觸發方式：即感應輸出高電位後，在延時時間段內，

如果有人體在其感應範圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到

人離開後才延時將高電平變為低電平（感應模組檢測到人體的每

一次活動後會自動順延一個延時時間段，並且以最後一次活動的

時間為延時時間的起始點)。

20

5、具有感應封鎖時間(默認設置:2.5S 封鎖時間)：感應模組在

每一次感應輸出後（High變成 Low），可以緊跟著設置一個封鎖

時間段，在此時間段內感應器不接受任何感應信號。

此功能可以實現感應輸出時間和封鎖時間兩者的間隔工作，可應

用於間隔探測產品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產生

的各種干擾。(此時間可設置在零點幾秒~幾十秒鐘)。

6、工作電壓範圍寬：默認工作電壓 DC 4.5~20V。

7、微功耗:靜態電流<50微安，特別適合乾電池供電的自動控制

產品。

8、輸出高電平信號：可方便與各類電路實現對接。

圖四

圖三

圖五

21

三、實驗部分

3.1 動作流程圖

程式輸入

人體感應

22

3.2 成品圖

23

3.3 程式

constint led=13;

constintPIRout=2;

void setup() { //定義針腳輸出入

Serial.begin(9600);

pinMode(led,OUTPUT);

pinMode(PIRout,INPUT);

}

void loop() {

intval=digitalRead(PIRout); //讀取 PIR 輸出

Serial.print(val);

if (val==HIGH) { //PIR 有偵測到時 : LED 亮一下

digitalWrite(led,HIGH);

delay(5000);

}

else { //PIR 沒有偵測到 : LED 暗

digitalWrite(led,LOW);

}

}

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四、結論

4.1 缺點與改善

缺點:在這次專題製作中遇到的比較嚴重的問題是 HC-SR501 人

體紅外線感應模組的感應太好，燈一直亮著。

改善:一開始我們是調整 HC-SR501 人體紅外線感應模組的靈敏

度跟延時的可變電阻，調整之後進行測試 HC-SR501 的靈敏度發

現還是太高，所以我們著手去更改程式裡的 HC-SR501 的延時時

間，更改之後情況就有改善了。

4.2 結論

在做這項專題的時候，由於是沒有接觸過的領域，所以在一開始

的時候，遇到許許多多的困難，也不知該如何著手去做這項東西，

好在找了許許多多的資料，不論是網路上還是書籍上，給了我們

許多的啟發與構思，讓我們知道原來可以這樣製作，所以抓住那

個想法，往那個方向去思考，最終也算是成功了，雖然這之間還

是遇到了一些困難，不過好再遇到的困難不大，靠著自己的努力

我們克服了這個困難，為我們的專題製作畫下完美的句點。

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五、參考文獻

● http://newsletter.ascc.sinica.edu.tw/news/read_news.

php?nid=2782

● http://www.powenko.com/wordpress/?p=4167

● https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BA%A2%E5%A4%96%E7%

BA%BF

● http://www.irpro.com.tw/Theory_04.htm

● http://www.powenko.com/wordpress/?p=4167

● https://www.taiwaniot.com.tw/shop/module-sensor/%E7%

94%9F%E7%89%A9%E7%89%B9%E5%BE%B5%E5%81%B5%E6%B8%AC/h

c-sr501-pir-sensor/