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[接收頭]紅外接收頭是如何檢測信號的

日期:2022-11-11

有源 IR 模塊是具有 4 個組件的電子設備 - 一個 IR 發射器和接收器對(也稱為光耦合器)、一個 Op-Amp(運算放大器)、一個可變電阻器和一個輸出 LED??商峁?.3V或5V電源,最大電流20mA。主要用于熱檢測的無源紅外模塊,沒有發射燈泡。IR 代表紅外線。它的頻率低于可見紅光(紅外線:3×10 11 Hz-4×10 14 Hz,可見紅光:4.3×10 14 Hz)。鎢絲燈是典型的紅外線輻射器。IR 基本上是受熱物體根據 3 種輻射定律發出的電磁輻射:Wein 輻射定律、Planck 輻射定律和 Stefan 輻射定律。


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接收頭一、運算放大器

發射器是向表面發射光的燈泡。接收器是吸收從表面反射回來的光的光電二極管。光電二極管串聯電阻兩端的電壓隨光電二極管吸收的光而變化。該電壓值被饋送到比較器(運算放大器)并與閾值進行比較。如果 V input >V Threshold,比較器輸出為高,而如果 V input < V Threshold,比較器輸出為低比較器輸出連接到獨立紅外模塊中的 LED 燈泡。LED 燈泡相應地發光?,F在讓我們看一下PCB上的組件。


接收頭二、輸入端

這看起來像 IR 模塊上的一對 LED 燈泡。發射器是一個紅外發射器,并且是透明的,可實現最大發射。接收器是一個由砷化鎵制成的光電二極管,它是黑色的,可實現最大吸收。光電二極管是在反向偏壓下工作的 pn 結半導體二極管。當然,選擇半導體使其在擊穿電壓以下工作。接收到的光量驅動電流流過與光電二極管串聯的電阻器。電阻兩端的電壓被饋送到運算放大器的一個輸入端。


接收頭三、運算放大器

它有 2 個輸入,一個連接到電位器,用于設置閾值。另一個連接到光電二極管的輸出串聯電阻。運算放大器的輸出連接到指示紅外傳感器輸出的 LED。相同的輸出也被讀入微控制器 GPIO 以進行進一步處理和決策。紅外傳感器模塊電路:如前所述,光電二極管是反向偏置的 pn 結二極管。通常,光電二極管的電阻從亮到暗(無光)在 1k-10k 之間變化?,F在,當光電二極管與一個 10k 電阻串聯,并在它們之間的節點處分接電壓時,它形成了一個分壓器網絡,如圖中的紅色框所示。


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接收頭四、電源電壓

在分壓器方程中插入電阻和 5V 電源電壓:當最大紅外光入射時,引腳 3 處的電壓(運算放大器的非反相引腳)當沒有光入射時,因此,當最大紅外光入射時,電壓降更高(4.54V)。這些值將與運算放大器的 pin2(反相引腳)上設置的閾值電壓值進行比較。假設您通過轉動可變電阻旋鈕(順便說一句,它也是一個分壓器網絡)將 V Th設置為 3V。當物體反射的光量隨著物體靠近而增加時,V 3處的電壓也會增加,當它超過 3V 時,比較器的數字輸出為 1。連接到比較器 o/p 的 LED 會發光,表示存在的對象。


接收頭五、用作接近傳感器

當物體放在紅外傳感器前面(范圍內)時,發射器發出的光會被物體反射回來并被光電二極管吸收。這稱為間接發生率。接收到的光量隨物體與接收器的距離而變化。物體越近,反射的光越多。所以光電二極管串聯電阻上的電壓降會更高(電壓與通過電阻的電流成正比),當物體最近并且輸出LED打開時它會超過閾值。(接近閾值取決于您設置的值)您還可以將輸出引腳連接到 Arduino 等微控制器,而不是 LED。這樣,當檢測到障礙物時,您可以采取任何其他操作。


接收頭六、用作顏色檢測器

白色表面反射所有入射到其上的光,而黑色表面則吸收所有入射輻射。在最簡單的應用中,可以讓機器人沿著黑色表面上的白線移動。具有模擬輸出引腳的 IR 模塊可以檢測和使用介于兩者之間的色譜。要將其用作顏色檢測器,請將模擬輸出引腳連接到 Arduino 或任何其他微控制器的模擬輸入引腳。


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