紅外感應器工作原理
時間：2018-12-11 來(lai)源：未知
紅(hong)(hong)外(wai)(wai)線(xian)(xian)傳(chuan)感器是(shi)利用(yong)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)線(xian)(xian)的物理性質來進行測量的傳(chuan)感器。紅(hong)(hong)外(wai)(wai)線(xian)(xian)又(you)稱(cheng)為(wei)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)光，它(ta)具(ju)有(you)反射(she),折射(she),散射(she)，干(gan)涉，吸(xi)收等性質。任何(he)物質，只要它(ta)本身具(ju)有(you)一定的溫度(du)（高于(yu)絕對零度(du)），都能(neng)輻射(she)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)線(xian)(xian)。紅(hong)(hong)外(wai)(wai)線(xian)(xian)傳(chuan)感器測量時(shi)不與被(bei)測物體直接接觸，因而不存在膜材，并且有(you)靈敏度(du)高，響應(ying)快等優點(dian)。
紅外(wai)(wai)(wai)傳(chuan)感器(qi)(qi)已經在(zai)現代化的(de)生產實(shi)踐中發揮(hui)著它的(de)巨大作用(yong)，隨著探(tan)測(ce)(ce)設備和(he)其他部分(fen)的(de)技(ji)術的(de)提高，紅外(wai)(wai)(wai)傳(chuan)感器(qi)(qi)能(neng)夠擁有更多的(de)性能(neng)和(he)更好的(de)靈敏度(du)。紅外(wai)(wai)(wai)探(tan)測(ce)(ce)器(qi)(qi)醫用(yong)可以(yi)用(yong)于非接觸式的(de)溫(wen)度(du)測(ce)(ce)量，氣(qi)體(ti)成分(fen)分(fen)析，無(wu)損探(tan)傷，熱(re)像(xiang)檢測(ce)(ce)，紅外(wai)(wai)(wai)遙感以(yi)及軍事(shi)(shi)目標的(de)探(tan)察(cha)，搜索，跟蹤和(he)通信等。下面我們一起來看(kan)一下紅外(wai)(wai)(wai)傳(chuan)感器(qi)(qi)在(zai)生活(huo)，工業(ye)，農業(ye)，軍事(shi)(shi)，機器(qi)(qi)人等領域的(de)應(ying)用(yong)。
實例1
紅外(wai)線遙(yao)控器鼠標器：
紅(hong)外線(xian)遙(yao)控鼠標器的工作原理(li)：
紅(hong)外(wai)線遙控鼠標器(qi)由紅(hong)外(wai)發射器(qi)和紅(hong)外(wai)接收器(qi)兩(liang)部分組(zu)成，其原理(li)方框圖如下(xia)圖所示
紅外發射器電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)圖如下圖所示，IC1為(wei)(wei)編(bian)(bian)碼(ma)器集(ji)成(cheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)VD5026。和(he)(he)(he)(he)它(ta)配對的(de)(de)(de)編(bian)(bian)碼(ma)器集(ji)成(cheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)為(wei)(wei)VD5027或VD5028。VD5026的(de)(de)(de)1~8腳為(wei)(wei)地(di)址(zhi)端A0~A7，10~133腳為(wei)(wei)數(shu)據端D0~D3（和(he)(he)(he)(he)VD5028配合使用(yong)時(shi)可作(zuo)地(di)址(zhi)端A8~A11），17腳為(wei)(wei)編(bian)(bian)碼(ma)信號(hao)(hao)輸(shu)出端，其輸(shu)出信號(hao)(hao)為(wei)(wei)IC2A，IC2B等組(zu)成(cheng)的(de)(de)(de)10KHz，脈沖(chong)發生器的(de)(de)(de)信號(hao)(hao)進行(xing)調制。調制后(hou)的(de)(de)(de)脈沖(chong)信號(hao)(hao)經IC2C，IC2D后(hou)由VT1推動(dong)紅外發光二(er)極管VD5,VD6發射紅外線(xian)。IC2C，IC2D有緩沖(chong)和(he)(he)(he)(he)整形的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。R5為(wei)(wei)編(bian)(bian)碼(ma)器VD5026的(de)(de)(de)震(zhen)蕩(dang)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)，它(ta)和(he)(he)(he)(he)配對的(de)(de)(de)解碼(ma)器VD5027的(de)(de)(de)震(zhen)蕩(dang)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)應(ying)取相同(tong)的(de)(de)(de)阻(zu)值，以保(bao)證時(shi)鐘頻率一致，否(fou)則將不(bu)能譯碼(ma)。數(shu)據端D0~D3的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)決定了(le)鼠(shu)標(biao)器的(de)(de)(de)移(yi)(yi)動(dong)方向(xiang)(xiang)和(he)(he)(he)(he)左右鍵的(de)(de)(de)工(gong)(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)(tai)，其電(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)收到S1~S6的(de)(de)(de)控制，其中S1，S2控制x軸方向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)正向(xiang)(xiang)和(he)(he)(he)(he)反向(xiang)(xiang)移(yi)(yi)動(dong)，S3，S4控制Y軸方向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)正向(xiang)(xiang)和(he)(he)(he)(he)反向(xiang)(xiang)移(yi)(yi)動(dong)，S5，S6分(fen)別為(wei)(wei)鼠(shu)標(biao)器的(de)(de)(de)左，右控制鍵。所按的(de)(de)(de)鍵同(tong)D0~D3電(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)和(he)(he)(he)(he)工(gong)(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)(de)(de)關(guan)系見下表
實例2
紅(hong)外遙(yao)控(kong)器(qi)(qi):在我們(men)的(de)家用(yong)電(dian)器(qi)(qi)中，很多(duo)都(dou)用(yong)到紅(hong)外遙(yao)控(kong)器(qi)(qi)，比(bi)如我們(men)電(dian)視遙(yao)控(kong)器(qi)(qi)，用(yong)紅(hong)外遙(yao)控(kong)器(qi)(qi)控(kong)制智(zhi)能(neng)冰箱，洗衣機，空調，還有(you)私家汽車車門等(deng)等(deng)都(dou)能(neng)看到紅(hong)外遙(yao)控(kong)器(qi)(qi)的(de)用(yong)武之(zhi)地(di)。
1.原理
紅外遙控器是(shi)利(li)用一(yi)個(ge)紅外發(fa)光二(er)極(ji)管，以紅外光為載(zai)體來將(jiang)按鍵信息傳遞(di)給接收端(duan)的設備。紅外光對于人眼是(shi)不可見(jian)的，因此使用紅外遙控器不會影響(xiang)人的視覺。
日常生活環境中有很多(duo)紅(hong)外(wai)(wai)(wai)光源(yuan)，太(tai)陽、蠟燭火光、白熾燈、甚至是(shi)我們的(de)身體。這(zhe)些紅(hong)外(wai)(wai)(wai)光源(yuan)都(dou)可能(neng)會對我們的(de)接(jie)收設備產生干(gan)擾，為(wei)了屏蔽干(gan)擾，只接(jie)收有效(xiao)信(xin)息，我們就需要用到調制。調制是(shi)我們使需要的(de)信(xin)號(hao)區別(bie)于噪(zao)音方法。通過調制我們可以使紅(hong)外(wai)(wai)(wai)光以特定的(de)頻率(lv)閃爍。紅(hong)外(wai)(wai)(wai)接(jie)收器會適(shi)配這(zhe)個頻率(lv)，其它的(de)噪(zao)音信(xin)號(hao)都(dou)將被忽略。你可以認為(wei)這(zhe)種閃爍是(shi)引起接(jie)收器“注(zhu)意”的(de)方法，正如我們人類特別(bie)容易(yi)被黃(huang)色的(de)燈光引起注(zhu)意一(yi)樣，甚至在白天
(2)信號的調制(zhi)(zhi)與解調紅(hong)外遙(yao)控信號是一連串(chuan)的二(er)進制(zhi)(zhi)脈沖碼。為了使(shi)其(qi)在(zai)無線傳輸過程中免受其(qi)他(ta)紅(hong)外信號的干擾，通常都(dou)是先將其(qi)調制(zhi)(zhi)在(zai)特定(ding)的載波(bo)頻率上，然(ran)后再經紅(hong)外發光二(er)極管發射出去，紅(hong)外線接收(shou)裝置則(ze)會濾除(chu)其(qi)他(ta)雜(za)
(3)波只接收(shou)該特(te)定頻率(lv)的(de)(de)信(xin)號(hao)并將其還原(yuan)成(cheng)二(er)進(jin)制脈沖碼，也(ye)就是(shi)解調(diao)。下圖(tu)是(shi)紅外線發(fa)射與接收(shou)的(de)(de)示(shi)意(yi)圖(tu)。圖(tu)1中沒有信(xin)號(hao)發(fa)出的(de)(de)狀(zhuang)態稱為空號(hao)或0狀(zhuang)態，按一(yi)定頻率(lv)以(yi)脈沖方式發(fa)出信(xin)號(hao)的(de)(de)狀(zhuang)態稱為傳號(hao)或1狀(zhuang)態。在(zai)消費類電(dian)子產(chan)品的(de)(de)紅外遙控(kong)系統中，紅外信(xin)號(hao)的(de)(de)載波頻率(lv)通常為30kHz--OkHz,標準的(de)(de)頻率(lv)有30kHz33kHz36KHz、36.7kHz、38kHz、40kHz和56kHz,此范(fan)圍內的(de)(de)其他頻率(lv)也(ye)能被識別
編碼與解碼
既然紅(hong)外遙控(kong)信(xin)號(hao)(hao)(hao)是一連串(chuan)的(de)(de)(de)二進(jin)制(zhi)(zhi)脈沖碼，那(nei)么，用什么樣的(de)(de)(de)空號(hao)(hao)(hao)和傳號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)組(zu)合來表示二進(jin)制(zhi)(zhi)數的(de)(de)(de)“0”和“1”，即信(xin)號(hao)(hao)(hao)傳輸所采用的(de)(de)(de)編碼方式，也是紅(hong)外遙控(kong)信(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)發送端和接收端需要(yao)事先(xian)約定的(de)(de)(de)。通常，紅(hong)外遙控(kong)系統中(zhong)所采用的(de)(de)(de)編碼方式有三種(zhong)：
1)FSK(移(yi)頻鍵控(kong))方(fang)式(shi)
移頻鍵(jian)控方(fang)式用(yong)(yong)兩種不同的脈(mo)沖(chong)頻率分別表示(shi)二進制數的“0”和“1'，下圖(tu)是用(yong)(yong)移頻鍵(jian)控方(fang)式對“0”和“1”進行(xing)編碼的示(shi)意圖(tu)。
2)PPM(脈沖(chong)位置(zhi)編碼)方式
在(zai)(zai)脈沖位置(zhi)編(bian)偶方式(shi)下，每一(yi)位二進(jin)制數所占用的(de)時間是(shi)一(yi)樣的(de)，只是(shi)傳(chuan)號脈沖的(de)位置(zhi)有所不(bu)同。空(kong)號在(zai)(zai)前、傳(chuan)號在(zai)(zai)后(hou)的(de)表(biao)示(shi)“1”，傳(chuan)號在(zai)(zai)前、空(kong)號在(zai)(zai)后(hou)的(de)表(biao)示(shi)“0”。下圖是(shi)采用脈沖位置(zhi)編(bian)碼(ma)方式(shi)對(dui)“0”和(he)“1”進(jin)行編(bian)碼(ma)的(de)示(shi)意(yi)圖。
3)PWM(脈(mo)沖寬度編碼)方式
脈沖(chong)寬(kuan)度編碼方式是根據傳(chuan)號脈沖(chong)的(de)寬(kuan)度來區別二進制數的(de)“0”和(he)“1”的(de)。
傳號(hao)(hao)脈(mo)沖寬(kuan)的(de)(de)是(shi)“1”，傳號(hao)(hao)脈(mo)沖窄的(de)(de)是(shi)“0”，而每(mei)位二進(jin)(jin)制(zhi)數(shu)之間則用(yong)(yong)等寬(kuan)的(de)(de)空號(hao)(hao)來(lai)進(jin)(jin)行分隔。下圖是(shi)用(yong)(yong)脈(mo)沖寬(kuan)度(du)編碼(ma)方(fang)式(shi)對(dui)“0”和(he)“1”進(jin)(jin)行編碼(ma)的(de)(de)示意圖。
在上述三(san)種(zhong)方式中，PPM(脈沖位(wei)置編(bian)碼)和(he)PWM(脈沖寬度編(bian)碼)兩種(zhong)方式是紅外遙控系統中最常(chang)用的。
4)紅外線信號傳輸協議
紅(hong)(hong)外線(xian)信(xin)(xin)號(hao)傳輸(shu)(shu)協(xie)議除(chu)了規定(ding)紅(hong)(hong)外遙控信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)載波頻率(lv)、編碼方(fang)式(shi)、空號(hao)和(he)傳號(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)寬度(du)等外，還對數據(ju)傳輸(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)格式(shi)進(jin)行(xing)(xing)了嚴格的(de)(de)(de)(de)(de)規定(ding)，以(yi)(yi)確保發送端和(he)接收端之間數據(ju)傳輸(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)準(zhun)確無誤。紅(hong)(hong)外線(xian)信(xin)(xin)號(hao)傳輸(shu)(shu)協(xie)議是(shi)為(wei)逃行(xing)(xing)紅(hong)(hong)外信(xin)(xin)傳輸(shu)(shu)所制定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)標準(zhun)，兒乎所有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)紅(hong)(hong)外遙控系統都是(shi)按(an)照特定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)紅(hong)(hong)外線(xian)信(xin)(xin)專傳輸(shu)(shu)協(xie)議來進(jin)行(xing)(xing)信(xin)(xin)號(hao)傳輸(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)。因此(ci)，要(yao)紫握紅(hong)(hong)外遙控技術，首先(xian)要(yao)熟悉紅(hong)(hong)外線(xian)信(xin)(xin)號(hao)傳輸(shu)(shu)協(xie)議以(yi)(yi)及與之機關的(de)(de)(de)(de)(de)紅(hong)(hong)外線(xian)發射和(he)接收芯片。
紅外遙(yao)控(kong)傳(chuan)輸協很(hen)多，不少(shao)大的電氣公司，如NEC、Pliilips、Sharp、Sony 等，均制定有自己的紅外線(xian)信(xin)號傳(chuan)輸協議
3、紅(hong)外線接收的解調專用電路--一體化的紅(hong)外線接收頭
前面曾經談到，紅外(wai)遙控信(xin)號是(shi)一連串的二(er)進制(zhi)脈(mo)沖(chong)碼。為(wei)了使其(qi)(qi)在(zai)無線傳(chuan)輸過棍(gun)中免受(shou)其(qi)(qi)他(ta)紅外(wai)信(xin)號的干擾，通常都是(shi)先將(jiang)其(qi)(qi)調制(zhi)在(zai)特(te)定(ding)的載波(bo)頻率上，然(ran)后再經紅外(wai)發光二(er)極管發射出去(qu)，而紅外(wai)線接收(shou)裝置則要濾除其(qi)(qi)他(ta)雜波(bo)，只接收(shou)該特(te)定(ding)頻率的信(xin)號并(bing)將(jiang)其(qi)(qi)還原成(cheng)二(er)進制(zhi)脈(mo)沖(chong)碼，也就是(shi)解調。
目(mu)前，對于這種進行了調制的(de)(de)紅(hong)外(wai)線(xian)遙控信號(hao)，通常(chang)是采(cai)用(yong)一(yi)體化(hua)紅(hong)外(wai)線(xian)接收頭(tou)進行解調。一(yi)體化(hua)紅(hong)外(wai)線(xian)接收頭(tou)將紅(hong)外(wai)光電(dian)二極(ji)管(guan)(即紅(hong)外(wai)接收傳感(gan))、低噪聲前置放大器(qi)、限幅器(qi)、帶通濾波(bo)器(qi)、解調器(qi)，以及(ji)整(zheng)形(xing)驅動電(dian)路(lu)等集成在(zai)一(yi)起(qi)，其外(wai)形(xing)及(ji)引(yin)腳定(ding)義如(ru)下圖(不同型(xing)號(hao)的(de)(de)一(yi)體化(hua)紅(hong)外(wai)線(xian)接收頭(tou)的(de)(de)引(yin)腳排列順序有所不同，具(ju)體請參考相關的(de)(de)產(chan)品(pin)手(shou)冊)。一(yi)體化(hua)紅(hong)外(wai)線(xian)接收頭(tou)體積(ji)小(xiao)(類似塑(su)封(feng)三極(ji)管(guan))、靈敏度高、外(wai)接元件少(只需接電(dian)源(yuan)退藕元件)、抗干擾(rao)能力(li)強，使用(yong)十分(fen)方便。
一體化紅外線(xian)接收(shou)頭(tou)的(de)型號很多，如SFH506-xx、TFMS5xxO和TK16xx、TSOPl2xx/48xx/62xx(其中“xx”代表其適用載頻)、HSOO38等。HSOO38的(de)響應波長為0.94m，可(ke)以接收(shou)載波頻率(lv)為38kHz的(de)紅外線(xian)遙控信(xin)號，其輸出可(ke)與微處理器直接接口，應用十分(fen)(fen)普遍(bian)。上圖、中圖、下圖分(fen)(fen)別是HD0038的(de)電路(lu)框圖、應用電路(lu)及引腳圖
紅外傳感器在(zai)各(ge)方面的(de)應(ying)用也十分(fen)廣泛：紅外傳感在(zai)工業(ye)(ye)工業(ye)(ye)上的(de)應(ying)用：如(ru)紅外無損(sun)探傷儀。
紅外傳感(gan)在(zai)(zai)在(zai)(zai)軍事上的應(ying)用(yong)包括：瞄準吊艙；直升機；無人機；預警機；偵察機；偵查車；艦艇用(yong)新型(xing)偵查技術(shu)等。
紅(hong)外傳(chuan)感器應(ying)用在智(zhi)能機器人身上。
避(bi)障紅外傳感器電子(zi)小車等
