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[接收头]红外接收头是如何检测信号的

日期:2022-12-02

有源 IR 模块是具有 4 个组件的电子设备 - 一个 IR 发射器和接收器对(也称为光耦合器)、一个 Op-Amp(运算放大器)、一个可变电阻器和一个输出 LED。可提供3.3V或5V电源,最大电流20mA。主要用于热检测的无源红外模块,没有发射灯泡。IR 代表红外线。它的频率低于可见红光(红外线:3×10 11 Hz-4×10 14 Hz,可见红光:4.3×10 14 Hz)。钨丝灯是典型的红外线辐射器。IR 基本上是受热物体根据 3 种辐射定律发出的电磁辐射:Wein 辐射定律、Planck 辐射定律和 Stefan 辐射定律。


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接收头一、运算放大器

发射器是向表面发射光的灯泡。接收器是吸收从表面反射回来的光的光电二极管。光电二极管串联电阻两端的电压随光电二极管吸收的光而变化。该电压值被馈送到比较器(运算放大器)并与阈值进行比较。如果 V input >V Threshold,比较器输出为高,而如果 V input < V Threshold,比较器输出为低比较器输出连接到独立红外模块中的 LED 灯泡。LED 灯泡相应地发光。现在让我们看一下PCB上的组件。


接收头二、输入端

这看起来像 IR 模块上的一对 LED 灯泡。发射器是一个红外发射器,并且是透明的,可实现最大发射。接收器是一个由砷化镓制成的光电二极管,它是黑色的,可实现最大吸收。光电二极管是在反向偏压下工作的 pn 结半导体二极管。当然,选择半导体使其在击穿电压以下工作。接收到的光量驱动电流流过与光电二极管串联的电阻器。电阻两端的电压被馈送到运算放大器的一个输入端。


接收头三、运算放大器

它有 2 个输入,一个连接到电位器,用于设置阈值。另一个连接到光电二极管的输出串联电阻。运算放大器的输出连接到指示红外传感器输出的 LED。相同的输出也被读入微控制器 GPIO 以进行进一步处理和决策。红外传感器模块电路:如前所述,光电二极管是反向偏置的 pn 结二极管。通常,光电二极管的电阻从亮到暗(无光)在 1k-10k 之间变化。现在,当光电二极管与一个 10k 电阻串联,并在它们之间的节点处分接电压时,它形成了一个分压器网络,如图中的红色框所示。


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接收头四、电源电压

在分压器方程中插入电阻和 5V 电源电压:当最大红外光入射时,引脚 3 处的电压(运算放大器的非反相引脚)当没有光入射时,因此,当最大红外光入射时,电压降更高(4.54V)。这些值将与运算放大器的 pin2(反相引脚)上设置的阈值电压值进行比较。假设您通过转动可变电阻旋钮(顺便说一句,它也是一个分压器网络)将 V Th设置为 3V。当物体反射的光量随着物体靠近而增加时,V 3处的电压也会增加,当它超过 3V 时,比较器的数字输出为 1。连接到比较器 o/p 的 LED 会发光,表示存在的对象。


接收头五、用作接近传感器

当物体放在红外传感器前面(范围内)时,发射器发出的光会被物体反射回来并被光电二极管吸收。这称为间接发生率。接收到的光量随物体与接收器的距离而变化。物体越近,反射的光越多。所以光电二极管串联电阻上的电压降会更高(电压与通过电阻的电流成正比),当物体最近并且输出LED打开时它会超过阈值。(接近阈值取决于您设置的值)您还可以将输出引脚连接到 Arduino 等微控制器,而不是 LED。这样,当检测到障碍物时,您可以采取任何其他操作。


接收头六、用作颜色检测器

白色表面反射所有入射到其上的光,而黑色表面则吸收所有入射辐射。在最简单的应用中,可以让机器人沿着黑色表面上的白线移动。具有模拟输出引脚的 IR 模块可以检测和使用介于两者之间的色谱。要将其用作颜色检测器,请将模拟输出引脚连接到 Arduino 或任何其他微控制器的模拟输入引脚。


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