智能光电传感器的原理与应用
2024年智能传感器
智能传感器智能传感器是一种集成了传感器、微处理器、计算和通信技术的设备，它能够感知、处理和传递环境信息，为各种应用提供智能化服务。
本文将介绍智能传感器的基本概念、工作原理、主要类型、应用领域以及发展趋势。
一、基本概念智能传感器是一种具有信息处理能力的传感器，它不仅能够感知环境信息，还能够对信息进行处理和分析，从而实现对环境的智能监测和决策。
智能传感器通常由传感器、微处理器、存储器、通信接口等部分组成，它们通过协同工作，实现对环境信息的全面感知和处理。
二、工作原理智能传感器的工作原理主要包括数据采集、数据处理和结果输出三个环节。
传感器采集环境信息，将其转换为电信号；然后，微处理器对采集到的数据进行处理和分析，提取出有用信息；智能传感器将处理结果通过通信接口输出，供其他设备或系统使用。
三、主要类型根据不同的应用场景和需求，智能传感器可以分为多种类型。
常见的智能传感器类型包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光敏传感器、声音传感器、气体传感器等。
这些传感器可以单独使用，也可以组合使用，以满足不同的监测需求。
四、应用领域智能传感器在各个领域都有广泛的应用，包括工业自动化、智能家居、环境监测、医疗健康、交通物流等。
在工业自动化领域，智能传感器可以用于生产线上的质量检测、设备故障诊断等；在智能家居领域，智能传感器可以用于室内环境监测、安全防范等；在环境监测领域，智能传感器可以用于大气、水质、土壤等环境参数的实时监测；在医疗健康领域，智能传感器可以用于生理参数的监测、疾病诊断等；在交通物流领域，智能传感器可以用于车辆监测、货物跟踪等。
五、发展趋势总结智能传感器作为一种具有信息处理能力的传感器，在各个领域都有广泛的应用。
随着科技的不断发展，智能传感器将不断进步，实现更加智能化的监测和决策。
一、工业自动化领域的应用智能传感器在工业自动化领域中的应用非常广泛，它们是实现智能制造的关键技术之一。
在生产线上的质量检测环节，智能传感器可以实时监测产品的尺寸、重量、颜色等参数，确保产品质量符合标准。
智能传感器的原理与应用
智能传感器的原理与应用随着科技的迅速发展，智能传感器在各个领域的应用越来越广泛。
智能传感器是一种能够对环境中的信息进行感知和采集，并将采集到的数据进行处理和传输的设备。
本文将探讨智能传感器的原理以及它在不同领域的应用。
一、智能传感器的原理智能传感器的原理主要包括传感器的感知、采集、处理和传输。
1. 感知感知是指传感器通过各种传感原理获取环境中的信息。
传感器可以利用光电效应、磁敏效应、声波传感等原理感知光线、温度、压力、湿度等多种环境参数。
2. 采集采集是指传感器将感知到的信息转化为电信号或数字信号。
传感器内部的电路和传感元件会将感知到的信息进行转换，如将光信号转化为电流或电压信号。
3. 处理处理是指传感器对采集到的信号进行处理和分析。
传感器内部的处理器会对信号进行滤波、放大、数字化等处理操作，以提高信号的准确性和稳定性。
4. 传输传输是指传感器将处理后的数据传输到外部设备。
传感器可以通过有线或无线方式将数据传输到计算机、云端等，以供进一步的分析和应用。
二、智能传感器的应用智能传感器在各个领域都有广泛的应用，下面以几个典型领域为例进行介绍。
1. 工业领域在工业领域，智能传感器被广泛应用于生产过程的监测和控制。
例如，在汽车制造过程中，智能传感器可以实时监测机器的运行状态和温度变化，以便及时发现问题并进行调整。
此外，智能传感器还可以用于检测机器的维护需求，提前预警，减少停机时间。
2. 城市管理智能传感器在城市管理中也发挥着重要的作用。
例如，在垃圾处理方面，智能传感器可以监测垃圾桶的填充程度，及时提醒相关部门进行清理，提高垃圾处理的效率。
另外，智能传感器还可以感知交通状况，优化红绿灯的控制，减少交通堵塞。
3. 医疗领域在医疗领域，智能传感器的应用有助于提高医疗的精确性和便捷性。
例如，智能传感器可以监测患者的体温、心率等生理参数，并将数据传输到医生的终端设备，实现远程监护和诊断。
此外，智能传感器还可用于智能床垫，监测患者的睡眠质量，提供个性化的睡眠建议。
光电传感器有哪些应用
光电传感器有哪些应用
在当今的智能家电和工业设备领域，光电传感器已经成为实现各种功能的关键元件。
它们的应用范围广泛，几乎涵盖了所有需要检测液体的电器和设备，包括一体式加湿器、净水器、热水器、咖啡机、洗碗机、电蒸锅、冷气扇、家电宠物饮水机、水泵、鱼缸、智能机器人、工业设备以及超声波雾化器等。
光电传感器的工作原理基于光电效应。
它们使用内置的红外发射管和光敏接收器，通过检测液体的存在与否，从而实现液位的实时监测。
检测部位通常是棱镜结构。
在无水状态下，发射管发出的光经过透镜折射后直接照射到接收管上；而有水状态下，光会折射到液体中，导致接收器无法接收到全部或大部分光线。
这种原理使得光电传感器能够精确地检测液位，从而触发相应的操作或警告。
由于其高精度和稳定性，光电传感器在各种应用中都表现出色。
无论是在家庭环境中，还是在工业生产线上，它们都能提供可靠的液位检测，确保设备正常运行，防止溢出或干烧等潜在问题。
光电传感器还具有体积下、响应速度快、寿命长等优点。
这些特点使得光电传感器成为许多应用的首选。
光电传感器以其广泛的应用领域和出色的性能，已经成为现代智能设备和工业生产中不可或缺的一部分。
智能传感器的原理和应用实例
智能传感器的原理和应用实例一、智能传感器的原理智能传感器是一种通过感知环境信息、处理数据并与其他设备进行通信的智能装置。
它具有以下原理：1.感知环境信息：智能传感器通过内部的传感器组件感知环境中的物理量，如温度、湿度、压力、光照等。
这些传感器组件可以是光电传感器、压力传感器、温度传感器等。
2.数据处理：一旦环境信息被感知到，智能传感器会进行数据处理，将感知到的原始数据转换为可用的数字信号。
这一过程通常涉及模拟信号转换、滤波、放大等处理。
3.通信功能：智能传感器通常具有通信功能，可以通过无线或有线方式与其他设备进行数据交互。
常见的通信方式包括蓝牙、Wi-Fi、LoRa等。
通过与其他设备的通信，智能传感器可以传输数据、接收命令，并与其他设备进行联动。
4.智能算法：智能传感器内部通常集成了一些智能算法，用于实现数据分析和决策。
这些算法可以在传感器内部完成，也可以通过与其他设备的协作来实现。
二、智能传感器的应用实例智能传感器在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用实例：1.智能家居：智能传感器在智能家居中发挥着重要作用。
例如，温湿度传感器可以感知室内的温度和湿度，并通过智能算法控制空调系统。
智能门锁可以感知用户的指纹或密码，并控制门锁的开关。
通过智能传感器，用户可以实现远程控制家居设备、自动化调节室内环境等。
2.工业自动化：智能传感器在工业自动化中被广泛应用。
例如，压力传感器可以监测管道中的压力变化，帮助工程师及时发现问题。
光电传感器可以检测物体的位置和运动状态，在自动化生产线上实现物体的追踪和定位。
智能传感器的应用可以提高工业生产的效率和质量。
3.智能农业：智能传感器在农业领域中的应用日益增多。
例如，土壤湿度传感器可以感知土壤的湿度情况，帮助农民合理浇水。
气象传感器可以感知环境中的温度、光照等指标，帮助农民预测天气变化。
通过智能传感器的应用，农民可以实现精准农业管理，提高农作物的产量和品质。
4.智能交通：智能传感器在交通领域中发挥重要作用。
光电传感器及其原理
光电传感器及其原理一、光电传感器概述光电传感器是一种通过光信号转换实现对物体检测的传感器。
它利用光电效应将光信号转换为电信号，从而实现对物体运动、距离、颜色等参数的检测和测量。
光电传感器在自动化控制、机器人、智能家居、医疗设备等领域得到了广泛应用。
二、光电传感器原理光电传感器的工作原理基于光电效应。
当光照射到物体表面时，物体表面反射或吸收部分光线，从而改变光线的强度和方向。
光电传感器通过接收这种变化的光线信号，并将其转换为电信号，实现对物体运动的检测和测量。
三、光电传感器分类根据工作原理和应用领域，光电传感器可以分为以下几类：1.光电开关：用于检测物体的存在和运动，如自动门、流水线上的零件检测等。
2.光电编码器：用于测量物体的旋转角度和位置，如机器人关节的旋转角度等。
3.光电传感器模块：由多个光电元件组成的模块，可用于检测多个物体的位置和运动。
4.彩色光电传感器：用于检测物体的颜色和表面特征，如颜色识别、表面瑕疵检测等。
四、光电传感器应用光电传感器在各个领域都有广泛的应用，如：1.自动化控制：用于生产线上的零件检测、自动分拣等。
2.机器人：用于机器人的环境感知、物体识别等。
3.智能家居：用于智能照明、智能安防等。
4.医疗设备：用于医疗设备的精确控制和测量，如血液分析仪、呼吸机等。
五、光电传感器优缺点1.优点：结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、灵敏度高、精度高、非接触测量等。
2.缺点：对光线敏感，受环境影响较大；工作范围有限，一般只能测量物体表面的变化；对被测物体的材质和颜色有一定要求。
六、光电传感器发展趋势随着科技的不断进步，光电传感器也在不断发展。
未来，光电传感器将朝着以下几个方向发展：1.高精度和高灵敏度：提高光电传感器的测量精度和灵敏度，以满足更高精度的应用需求。
2.多功能化：开发具有多种功能的光电传感器，如同时测量多个参数的传感器。
3.智能化：结合人工智能和机器学习技术，开发智能化的光电传感器，实现对物体的自动识别和分类。
光电传感器的原理及其应用
光电传感器的原理及其应用1. 光电传感器的原理光电传感器是一种能够将光信号转换为电信号的器件。
它利用光电效应，通过光电二极管、光敏电阻、光敏三极管等器件将光信号转换为电信号，并利用电路将电信号进行处理。
光电传感器的原理主要包括以下几个方面：•光电效应：光电传感器的工作原理基于光电效应。
光电效应是指光线照射到材料表面时，材料吸收光的能量，产生电子和空穴对，并引发电流流动。
光电传感器利用这种效应将光信号转换为电信号。
•传感器材料：光电传感器常用的材料有硅和化合物半导体材料。
硅是最常见的光电传感器材料，具有较高的光电转换效率和稳定性。
而化合物半导体材料如硒化锌、砷化镓等材料具有更高的灵敏度和响应速度，适用于高端应用场合。
•光敏器件：光电传感器常用的光敏器件包括光电二极管、光敏电阻和光敏三极管等。
光电二极管是最常见的光敏器件，具有响应速度快、灵敏度高的特点。
光敏电阻则通过改变电阻值来控制电流，常用于光敏开关与光敏电阻测距等应用。
而光敏三极管则是一种具有放大功能的光敏器件，广泛应用于光电声学设备等领域。
•电路设计：光电传感器的电路设计对其性能有着重要影响。
一般来说，电路设计需要考虑信号放大、滤波、信号处理等方面。
通过合理的电路设计，可以提高光电传感器的灵敏度、响应速度和抗干扰能力。
2. 光电传感器的应用光电传感器广泛应用于各个领域，具有非常丰富的应用场景。
下面列举了几个光电传感器的应用案例：•自动光控系统：光电传感器可以应用于智能家居中的自动光控系统，通过感知光线强度，实现灯光的自动调节。
当外界光照强度变化时，光电传感器可以感知并调控灯光亮度，给用户提供舒适的照明环境。
•光电开关：光电开关是一种可以实现非接触式控制的传感器。
它通过感知物体与传感器之间的遮挡关系，来实现开关的控制。
光电开关广泛应用于自动门、流水线、智能化仓储等场景，具有灵敏、可靠的特点。
•物体检测：光电传感器常用于物体检测和计数。
例如在流水线上，通过设置光电传感器，当物体经过时可以感知到并计数。
光电传感器的原理与应用
光电传感器的原理与应用随着科学技术的不断进步和发展，传感器应用领域越来越广泛。
光电传感器是一种应用广泛的传感器，广泛应用于自动化控制、计量、检测和生产等领域。
本文将介绍光电传感器的原理和应用。
一、光电传感器的原理光电传感器是利用光电效应或光的干涉、衍射、吸收、散射等现象，将非电信号转换成电信号的一种传感器。
根据其工作原理的不同，可以将光电传感器分为光电开关、光电传感器和光电编码器三种。
1. 光电开关光电开关是通过光电传感器对物体与光线之间的接触或距离变化进行非接触式的控制。
当被控物体进入传感器的光路时，测量光束的强度变化，从而判断被控物体的状态。
光电开关广泛应用于自动化生产线控制领域，如机器人控制、装配线等。
2. 光电传感器光电传感器是一种测量和检测技术，主要用于非接触式的测量、检测、位置定位等应用。
其工作原理为通过发射红外光束，经过反射回来并由接收器接收到信号，进而分析信号的变化，实现对物体位置的检测。
光电传感器广泛应用于机器视觉、自动检测等领域。
3. 光电编码器光电编码器是一种基于光电传感器原理的精密旋转位置检测传感器。
光电编码器将机械转动运动转换成电器信息，并将其输出给计算机，从而测量出位置、速度和加速度等物理参量。
光电编码器广泛应用于机器人控制、数据采集等领域。
二、光电传感器的应用光电传感器有很多种应用领域，以下为常见的几种。
1. 工业自动化光电传感器作为一种广泛应用于自动化控制领域的传感器，主要用于非接触性测量，可实现对物体位置、速度、方向的精准控制。
光电传感器广泛用于流水线控制、工件自动加工、机器人控制等领域。
2. 机器视觉机器视觉是光电传感器应用的一个重要领域，对光电传感器的精度和速度有着非常苛刻的要求。
利用光电传感器的信号，结合计算机视觉算法，可以实现对被测物体的图像处理、边缘检测、特征识别等功能，广泛应用于工业自动化、智能交通系统等领域。
3. 安防监控光电传感器应用于安防监控领域，可以实现对物体的无接触式检测和监测。
光电传感技术的原理和应用
光电传感技术的原理和应用1. 光电传感技术简介光电传感技术是一种通过光信号进行信息感知和检测的技术。
该技术利用光的特性，将光信号转换为电信号，从而实现对目标物体的识别、测量和监测。
它具有非接触、高精度、实时性等优点，在许多领域中得到广泛应用。
2. 光电传感技术的原理光电传感技术的原理基于光的散射、反射、吸收、透射等现象。
通过光源和光传感器的配合，可以将光信号转换为电信号，并通过电路对信号进行处理和分析。
其主要原理包括以下几个方面：•光散射原理：当光束照射到目标物体上时，部分光线会经过散射而产生反射。
通过检测反射光的强度和方向，可以了解目标物体的特性和位置。
•光吸收原理：某些物质在光的作用下会发生吸收，通过检测光的强度变化，可以判断目标物质的浓度、类型等。
•光透射原理：光束穿透材料或介质时，会发生衍射、折射等现象。
通过检测光的透射率和角度变化，可以获得目标物体的厚度、形状等信息。
•光电效应原理：利用光电效应将光信号转换为电信号，从而实现光电传感技术。
光电元件如光敏电阻、光电二极管、光电三极管等可以将入射的光信号转化为电信号输出。
3. 光电传感技术的应用光电传感技术在各个领域都有广泛的应用，下面列举了几个主要领域的具体应用案例：3.1 工业自动化领域•光电传感器用于物体检测：光电传感器可以检测物体的存在与否，常用于自动化生产线的物体检测、定位、计数等任务。
•光纤传感技术用于测量：光纤传感技术可以实现对温度、压力、位移等物理量的测量，广泛应用于工业监控和仪器仪表领域。
3.2 健康医疗领域•光学显微镜用于细胞观测：光学显微镜结合光电传感技术，可以实现对细胞结构、功能的观测和分析，对于生物医学研究和临床诊断具有重要意义。
•光电血氧传感器用于血氧测量：光电血氧传感器可以通过测量血液中红外和红光的吸收比值，快速准确地反映血氧饱和度，广泛应用于临床监护和运动健康领域。
3.3 环境监测领域•光电颗粒传感器用于空气质量监测：光电颗粒传感器可以检测空气中悬浮颗粒物的含量，用于监测和评估大气污染情况，对环境保护具有重要意义。
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54
J Magn Mater Devices Vol 40 No 2
12V
R1 1K
D1 4148
D2 4148
R2 R3 200K 20K
4 1
8
U1 7
3
6 555 2
5
C1 0.01u
R4 300
DL1
图 1 红外发射电路 进
DL2 DL1
发射管
出
DL3
接收管
图 2 光电传感器设置示意图
2.2 红外光信号发射电路 红外光信号发射电路如图 1 所示，主要由电阻
ZHANG Xian-fu1, SU Li-qiu2, ZHAO Ming-fu3 1. Department of Electronic Engineering, Yongcheng Vocational College, Yongcheng 476600, China；
2. Department of Electromechanics, Hebi Vocational & Technology College, Hebi 458000, China； 3. Department of Electronic Engineering, Henan Institute of Science & Technology, Xinxiang 453003, China
计数器选用十进制加减计数器 CC40110，其中 CPU 为加计数时钟输入端，CPD 为减计数输入端， CR 为复位端，CT 为计数允许控制端，LE 为锁存 器预置端，a~g 为七段码输出端，BO 为借位输出 端，CO 为进位输出端[6]。
图 4 是一个三位计数器构成的单门计数器电 路。将图 4 中的 A 点与图 3 中的 A 点相连接，将 图 4 中的 B 点与图 3 中的 B 点相连接，这样每当 信号检测区进入一个人时，A 点输出一个高电平脉 冲，计数器加一个数，每出去一个人时，B 点输出 一个高电平脉冲，计数器减去一个数，因此图 4 计 数器显示的是进入的人数减去出去的人数，即为剩 余的人数。
1 15 14 13 12 3 2
1 15 14 13 12 3 2
U4
U5
U6
CO a BO b
c CT d LE e CR f CPD g CPU
CO a BO b
c CT d LE e CR f CPD g CPU
CO a BO
c CT d LE e CR f CPD g CPU
10 11 4 6 5 7 9
Key words: photoelectric sensor； counter; measuring of personnel entering and leaving; record; display
1 引言
光电传感器在自动计数、光电报警等方面具有 广泛应用，但本文介绍的智能光电传感器不同于普 通光电传感器，其不同点是：当有人通过光电检测 点时，它不仅能检测出是否有人员通过，同时能辨 别通过的人员是进入、还是出去。利用该光电传感 器，再配合相应的计数器，通过显示器可显示出某 地点总共进出人数及剩多少人[1]。因此，可广泛用 于多种公共场合的人员统计，例如自动记录商场的 人数，便于商场的规划与营运；自动记录展览馆和
103
R7 10K
3 2 U2A
*
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1
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CLK EN
R
Q0 Q1 Q2 Q3
3 4 5 6
A
4518
DL3 LEDA
R6 C3 150K 103
5 6 U2B
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U3B
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CLK EN
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15 R
Q2 Q3
11 12 13 14
B
4518
应用电路是由十进制加减计数器 CC40110 及 数码管等组成的计数器电路，如图 4 所示。
3 计数器的工作过程
3.1 红外光信号发射电路工作过程 红外光信号发射电路的作用是发射光电检测
电路需要的红外光信号。图 1 是一个振荡器电路，
磁性材料及器件 2009 年 4 月
DL2 LEDA
R5 C2 150K
2 计数器的电路组成
此计数系统的电路主要由直流稳压电源、智能 光电传感器电路及应用电路组成。智能光电传感器 主要由红外光信号发射电路、光电检测及进出鉴别 电路等组成[3]。 2.1 直流稳压电源
直流稳压电源主要由电源变压器、桥式整流 器、滤波电容器及三端稳压器等组成，其作用是为 信号发射及信号检测等电路提供稳定的直流电源。
Abstract: A kind of photoelectric sensor measuring electric circuit was introduced for the recording of
personnel entering and leaving. The sensor can be widely used in the public places with changing number of people, such as markets, waiting room，exhibition halls, libraries, classrooms and so on, for automatic recording and displaying the numbers of personnel entering and leaving, which provides conveniences for the administrative plan and management.
收稿日期：2008-10-16 修回日期：2009-03-12 基金项目：河南省教育厅科技攻关资助项目（2007480001） 作者通信：E-mail: zhaomf@
图书馆的人数，便于进出人员的统计；用于学校自 动记录显示各个教室上自习的学生人数，引导学生 寻找合适的自习教室，并可根据教室内人数的多少 开启不同数量的灯具以节约电能[2]。
如果想记录进入的总人数，可再增加一个图 4 所示计数器电路，其中 A 点与图 3 中的 A 点连接， 这样每进入一个人，计数器加一个数，由于 B 点 未连接，该计数器只加不减，因此新增设的这个计 数器，记录的人数即为进入的总人数，可统计显示 进入商场、展览馆、图书馆等场所的总人数即显示 客流量的多少。
LM393 是一个双电压比较器电路，电路中两 比较器的反相输入端 2 脚与 6 脚连接在一起，接一 个固定电压，两同相输入端分别连接两个光电二极 管，两比较器的输出端 1 脚与 7 脚分别与计数器 U3A 与 U3B 的计数时钟输入 CLK 及复位端 R 相 连接[5]。
CC4518 是一个双十进制计数器电路，其中 CLK 为计数时钟输入端、R 为复位端、EN 为计数 允许控制端、Q0~Q3 为 BCD 码输出端[6]。 2.4 应用电路
光电传感器的设置如图 2 所示，光电二极管 DL2、DL3 放在进出通道的一侧，红外线发射二极 管 DL1 放在进出通道的另一侧，并且正对 DL2、 DL3，两个光电二极管紧挨在一起，这样不仅可缩 小体积，同时只需用一个发射二极管。
在图 3 的电路中，光电信号检测及进出鉴别电 路的作用是检测、鉴别是否有人进出，当进来一个 人时电路中 A 点输出一个高电平脉冲，当出去一 个人时电路中 B 点输出一个高电平脉冲。
当无人走过信号检测区的进出通道时，DL1 发出的红外线同时照射在 DL2 与 DL3 上，DL2 与 DL3 内阻减小，虽然 DL1 发射的是脉冲光，但由 于 R5 与 C2 及 R6 与 C3 的时间常数较大，因此 U2A 的 3 脚与 U2B 的 5 脚电平均高于 2 脚与 6 脚电平， 故 U2A 的输出端 1 脚与 U2B 的输出端 7 脚也为高 电平。U2A 的 1 脚与 U3A 的时钟端 1 脚及 U3B 的 复位端 15 脚相连，此时由于 15 脚为高电平（复位 状态），故 U3B 输出端均为低电平，B 点也为低电 平；U3A 的 7 脚与 U3B 的 9 脚相连，此时为高电 平，因此 U3A 输出端均为低电平，A 点也为低电 平。此时计数器 U3 输出端 A 点与 B 点均无输出。
10 11 4 6 5 7 9
10 11 4 6 5 7 9
A B
图 4 单门计数器电路
复位 VCC
点连接，这样每出去一个人，计数器加一个数，该 计数器也是只加不减，因此这个计数器记录的人数 即为出去的总人数。以上分析的是现场只有一个门 的情况，如果现场有两个门或三个门，那么每个门 都要设置如图 1 与图 3 所示的发射与接收装置，再 用计数器分别记录各个门的人员进出数据，然后可 将各个门记录的数据用加法器电路相加后再由数 码管显示出来。
R1~R4、电容器 C1、二极管 D1、D2、红外线发射 二极管 DL1 及定时器电路 555 等组成。 2.3 光电信号检测及进出鉴别电路
光电传感器设置示意图如图 2 所示[4]。光电信 号检测及进出鉴别电路如图 3 所示，主要由光电二 极管 DL2、DL3、电阻 R5～R10、电容器 C2～C3、 电压比较器 U2（LM393）、十进制计数器电路 U3 （CC4518）等组成。
图书馆及学校教室等人数动态变化的场合，能自动记录和显示进、出人员数量，便于行政部门的规划与管理。
关键词：光电传感器；计数器；出入检测；记录；显示
中图分类号：TP212.1
文献标识码：B
文章编号：1001-3830(2009)02-0054-03
The Principle and Application of Intelligent Photoelectric Sensor
工艺·技术·应用