紅外發(fā)射管的基本原理解析

紅外線是波長介于微波和可見光之間的電磁波，波長在760納米到1毫米之間，是波形比紅光長的非可見光。自然界中的一切物體，只要它的溫度高于絕對零度(-273)就存在分子和原子的無規(guī)則運動，其表面就會不停的輻射紅外線。當(dāng)然了，雖然是都輻射紅外線，但是不同的物體輻射的強(qiáng)度是不一樣的，而我們正是利用了這一點把紅外技術(shù)應(yīng)用到我們的實際開發(fā)中。

紅外發(fā)射管很常用，在我們的遙控器上都可以看到，它類似發(fā)光二極管，但是它發(fā)射出來的是紅外光，是我們?nèi)庋鬯床坏降?。我們學(xué)過發(fā)光二極管的亮度會隨著電流的增大而增加，同樣的道理，紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線的強(qiáng)度也會隨著電流的增大而增強(qiáng)，常見的紅外發(fā)射管如圖16-1所示。

圖16-1 紅外發(fā)射管

紅外接收管內(nèi)部是一個具有紅外光敏感特征的 PN 節(jié)，屬于光敏二極管，但是它只對紅外光有反應(yīng)。無紅外光時，光敏管不導(dǎo)通，有紅外光時，光敏管導(dǎo)通形成光電流，并且在一定范圍內(nèi)電流隨著紅外光的強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大。典型的紅外接收管如圖16-2所示。

圖16-2 紅外接收管

這種紅外發(fā)射和接收對管在小車、機(jī)器人避障以及紅外循跡小車中有所應(yīng)用，這部分內(nèi)容在我們的 KST-51 開發(fā)板上并沒有實現(xiàn)，但是屬于紅外部分的內(nèi)容，所以我提供一個原理圖給大家作為學(xué)習(xí)之用，如圖16-3所示。

圖16-3 紅外避障、循跡原理圖

在圖16-3中，發(fā)射控制和接收檢測都是接到單片機(jī)的 IO 口上的。

發(fā)射部分：當(dāng)發(fā)射控制輸出高電平時，三極管 Q1 不導(dǎo)通，紅外發(fā)射管 L1 不會發(fā)射紅外信號；當(dāng)發(fā)射控制輸出低電平的時候，通過三極管 Q1 導(dǎo)通讓 L1 發(fā)出紅外光。

接收部分：R4 是一個電位器，我們通過調(diào)整電位器給 LM393 的2腳提供一個閾值電壓，這個電壓值的大小可以根據(jù)實際情況來調(diào)試確定。而紅外光敏二極管 L2 收到紅外光的時候，會產(chǎn)生電流，并且隨著紅外光的從弱變強(qiáng)，電流會從小變大。當(dāng)沒有紅外光或者說紅外光很弱的時候，3腳的電壓就會接近 VCC，如果3腳比2腳的電壓高的話，通過 LM393 比較器后，接收檢測引腳輸出一個高電平。當(dāng)隨著光強(qiáng)變大，電流變大，3腳的電壓值等于 VCC-I*R3，電壓就會越來越小，當(dāng)小到一定程度，比2腳的電壓還小的時候，接收檢測引腳就會變?yōu)榈碗娖健?/p>

這個電路用于避障的時候，發(fā)射管先發(fā)送紅外信號，紅外信號會隨著傳送距離的加大逐漸衰減，如果遇到障礙物，就會形成紅外反射。當(dāng)反射回來的信號比較弱時，光敏二極管 L2 接收的紅外光較弱，比較器 LM393 的3腳電壓高于2腳電壓，接收檢測引腳輸出高電平，說明障礙物比較遠(yuǎn)；當(dāng)反射回來的信號比較強(qiáng)，接收檢測引腳輸出低電平，說明障礙物比較近了。

用于小車循跡的時候，必須要有黑色和白色的軌道。當(dāng)紅外信號發(fā)送到黑色軌道時，黑色因為吸光能力比較強(qiáng)，紅外信號發(fā)送出去后就會被吸收掉，反射部分很微弱。白色軌道就會把大部分紅外信號反射回來。通常情況下的循跡小車，需要應(yīng)用多個紅外模塊同時檢測，從多個角度判斷軌道，根據(jù)判斷的結(jié)果來調(diào)整小車使其按照正常循跡前行。
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