16 1 紅外光的基本原理

2021-07-14 14:57:06 字數 1596 閱讀 3422

紅外線是波長介於微波和可見光之間的電磁波,波長在 760 奈米到 1 公釐之間,是波形比紅光長的非可見光。自然界中的一切物體,只要它的溫度高於絕對零度(-273)就存在分子和原子的無規則運動,其表面就會不停的輻射紅外線。當然了,雖然是都輻射紅外線,但是不同的物體輻射的強度是不一樣的,而我們正是利用了這一點把紅外技術應用到我們的實際開發中。

紅外發射管很常用,在我們的遙控器上都可以看到,它類似發光二極體,但是它發射出來的是紅外光,是我們肉眼所看不到的。第 2 章我們學過發光二極體的亮度會隨著電流的增大而增加,同樣的道理,紅外發射管發射紅外線的強度也會隨著電流的增大而增強,常見的紅外發射管如圖 16-1 所示。

圖 16-1  紅外發射管

紅外置收管內部是乙個具有紅外光敏感特徵的 pn 節,屬於光敏二極體,但是它只對紅外光有反應。無紅外光時,光敏管不導通,有紅外光時,光敏管導通形成光電流,並且在一定範圍內電流隨著紅外光的強度的增強而增大。典型的紅外置收管如圖 16-2 所示。

圖 16-2  紅外置收管

這種紅外發射和接收對管在小車、機械人避障以及紅外循跡小車中有所應用,這部分內容在我們的 kst-51 開發板上並沒有實現,但是屬於紅外部分的內容,所以我提供乙個原理圖給大家作為學習之用,如圖 16-3 所示。

圖 16-3   紅外避障、循跡原理圖

在圖 16-3 中,發射控制和接收檢測都是接到微控制器的 io 口上的。

發射部分:當發射控制輸出高電平時,三極體 q1 不導通,紅外發射管 l1 不會發射紅外訊號;當發射控制輸出低電平的時候,通過三極體 q1 導通讓 l1 發出紅外光。

接收部分:r4 是乙個電位器,我們通過調整電位器給 lm393 的 2 腳提供乙個閾值電壓,這個電壓值的大小可以根據實際情況來除錯確定。而紅外光敏二極體 l2 收到紅外光的時候,會產生電流,並且隨著紅外光的從弱變強,電流會從小變大。當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 比較器後,接收檢測引腳輸出乙個高電平。當隨著光強變大,電流變大,3 腳的電壓值等於 vcc-i*r3,電壓就會越來越小,當小到一定程度,比 2 腳的電壓還小的時候,接收檢測引腳就會變為低電平。

這個電路用於避障的時候,發射管先傳送紅外訊號,紅外訊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。當反射回來的訊號比較弱時,光敏二極體 l2接收的紅外光較弱,比較器 lm393 的 3 腳電壓高於 2 腳電壓,接收檢測引腳輸出高電平,說明障礙物比較遠;當反射回來的訊號比較強,接收檢測引腳輸出低電平,說明障礙物比較近了。

用於小車循跡的時候,必須要有黑色和白色的軌道。當紅外訊號傳送到黑色軌道時,黑色因為吸光能力比較強,紅外訊號傳送出去後就會被吸收掉,反射部分很微弱。白色軌道就會把大部分紅外訊號反射回來。通常情況下的循跡小車,需要應用多個紅外模組同時檢測,從多個角度判斷軌道,根據判斷的結果來調整小車使其按照正常循跡前行。

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