1、第五章：紅外遙控器5.1 紅外線的概念與特征基本概念 5.1 紅外線的概念與特征基本特性溫度大于絕對(duì)0度的物體，均向外輻射紅外線光熱效應(yīng)。（被紅外線照射可使物體發(fā)熱，如紅外線照射可促進(jìn)血液循環(huán)）紅外線波長(zhǎng)介于可見光與微波之間，近紅外線有可見光傳播特性，直線，反射，折射。遠(yuǎn)紅外有微波特點(diǎn)，能穿透部分不透明物質(zhì)。紅外線應(yīng)用紅外線攝像（如：小區(qū)夜晚紅外攝像頭）紅外檢測(cè)（如：視頻小車）熱釋電紅外探測(cè)（如：紅外感應(yīng)燈，紅外制導(dǎo)）。5.2 紅外傳感器功能: 紅外線 電壓分類： 主動(dòng)型（光探測(cè)型）：紅外發(fā)射傳感器,接收傳感器成對(duì)使用。 被動(dòng)型（熱探測(cè)型）：熱源(紅外源)熱釋電紅外傳感器 電壓。光探測(cè)型（主動(dòng)

2、）熱探測(cè)型（被動(dòng)）P775.2 紅外傳感器 一、紅外發(fā)光二極管分類： 砷化鎵GaAs LED ：發(fā)光效率10%-20%，高于可見光LED. 鋁化鎵GaAlAs LED: 發(fā)光效率接近20%，高于GaAs LED,價(jià)格較貴 激光二極管LD(Laser Diod): 方向性好，能量集中，昂貴，壽命短。注:LED是Light Emitting Diode的縮寫，即發(fā)光二極管 IR是Infra-Red的縮寫，即紅外封裝：玻璃或樹脂透鏡窗口+金屬或陶瓷底座5.2 紅外傳感器 一、紅外發(fā)光二極管基本特性紅外波長(zhǎng)：遙控用紅外LED,波長(zhǎng)在0.9-1.0微米之間，屬近紅外。伏安特性（壓流關(guān)系）：類同與普通二極

3、管，單向?qū)щ娦浴］敵鎏匦裕弘娏髋c發(fā)出紅外光功率關(guān)系。說(shuō)明：小電流時(shí)，輸出紅外線功率與電流成正比，大電流時(shí)，輸出紅外線功率為飽和值。5.2 紅外傳感器 一、紅外發(fā)光二極管基本特性指向特性球面透鏡(輻射角小)平面透鏡(輻射角大)主要參數(shù)工作電流IF:允許的長(zhǎng)時(shí)正常工作直流電流，若長(zhǎng)時(shí)大于此值，將發(fā)熱損壞。小功率管為30-50毫安。峰值電流IFP:允許的瞬時(shí)電壓最大值，一般為600毫安以上。Pm與Po: Pm是二極管消耗的功率,Po是發(fā)出紅外光的功率，效率低于20%。峰值波長(zhǎng):發(fā)出連續(xù)譜的紅外光，光強(qiáng)最大的紅外光的波長(zhǎng)為峰值波長(zhǎng)，一般為900nm.反相漏電流IR：紅外發(fā)光二極管反向未被擊穿時(shí)反向電流

4、。響應(yīng)時(shí)間Tw:微秒級(jí)。5.2 紅外傳感器 一、紅外發(fā)光二極管P79基本驅(qū)動(dòng)方式-直流恒流驅(qū)動(dòng)5.2 紅外傳感器 一、紅外發(fā)光二極管簡(jiǎn)單直流驅(qū)動(dòng)恒流源驅(qū)動(dòng)P80注意：1）峰值電流越大，則峰值功率越大，則發(fā)射距離越遠(yuǎn)。2）為使LED不因發(fā)熱損壞，峰值電流越大，方波占空比應(yīng)越小。3） 方波可表示0、1序列,故可編碼，電視機(jī)遙控不同按鍵發(fā)不同編碼?；掘?qū)動(dòng)方式-脈沖驅(qū)動(dòng) （P81 圖5-7）5.2 紅外傳感器 一、紅外發(fā)光二極管P81紅外發(fā)光二極管的應(yīng)用5.2 紅外傳感器 一、紅外發(fā)光二極管P82原理：半導(dǎo)體的光電效應(yīng)：光照射-光電流外形：透明玻璃外殼+底座5.2 紅外傳感器 二、光電二極管P83基

5、本特性伏安特性5.2 紅外傳感器 二、光電二極管 在反偏狀態(tài)下，受光照射時(shí)導(dǎo)通，該電流稱為光電流，光照強(qiáng)度越大，光電流越大。數(shù)量級(jí)：微安級(jí)，幾十微安。光譜響應(yīng)特性光譜范圍：400-1100納米。峰值波長(zhǎng)：880-900納米。P83基本特性光照特性5.2 紅外傳感器 二、光電二極管 在反偏狀態(tài)下，反偏電壓大于某臨界值時(shí)，光生電流與光照強(qiáng)度呈線性關(guān)系，而與電壓幾乎無(wú)關(guān)。P84基本應(yīng)用5.2 紅外傳感器 二、光電二極管P85注：1)為保證光強(qiáng)與光電流呈線性關(guān)系，反向電壓應(yīng)大于5V. 2)左圖中Rb，Rc不宜過(guò)大，否則退化為開關(guān)電路。光電流放大光開關(guān)電路光電三極管5.2 紅外傳感器 三、光電三極管P8

6、7模型：光電二極管并聯(lián)晶體三極管。光電流是毫安級(jí)（二極管是微安級(jí)）。外觀：只引出C極和E極，與光電二極管一樣。為濾除可見光，常采用黑色樹脂封裝，球形封裝的作用是聚光。光電三極管組成的電路5.2 紅外傳感器 三、光電三極管P89（a）光電開關(guān)（b）光電放大5.3 紅外專用接收集成電路從紅外電視機(jī)遙控器說(shuō)起：靜音鍵100011編碼對(duì)40KHz矩形波調(diào)制毫秒級(jí)100011驅(qū)動(dòng)紅外LED發(fā)出紅外光微秒級(jí)，小占空比P895.3 紅外專用接收集成電路CX20196A功能：解調(diào)設(shè)定頻率的紅外脈沖。100011CX2019A100011CX2019A解碼靜音命令P895.3 紅外專用接收集成電路P90放大：自

7、適應(yīng)放大倍數(shù)限幅：消除寄生調(diào)幅分量帶通濾波：中心頻率由5腳外接電阻確定。檢波:提取包絡(luò)積分:平滑整形輸出：輸出高低電平表示的0、1脈沖。5.3 紅外專用接收集成電路P901腳：光電信號(hào)輸入5腳：電阻確定載波脈沖頻率7腳：輸出解調(diào)波其他腳:固定接法一、紅外線遙控的基本概念二、紅外線遙控的特性三、紅外線遙控的基本原理5.4 紅外線遙控的基本原理指令按鍵信號(hào)產(chǎn)生調(diào)制討論問(wèn)題：能夠區(qū)分多個(gè)按鍵的紅外遙控原理驅(qū)動(dòng)電路紅外發(fā)射紅外接收前置放大解調(diào)執(zhí)行環(huán)節(jié)執(zhí)行電路記憶驅(qū)動(dòng)調(diào)制方式：二進(jìn)制脈沖幅度調(diào)制（PAM Pulse Amplitude Modulation） 脈沖頻率調(diào)制頻分制與碼分制5.4 紅外線遙控

8、的基本原理頻分制：不同頻率代表不同命令頻率為F1的方波發(fā)生器頻率為F2的方波發(fā)生器。頻率為F3的方波發(fā)生器。頻率為F3的方波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電路紅外發(fā)射P93頻分制與碼分制5.4 紅外線遙控的基本原理碼分制：按鍵編碼后再進(jìn)行二進(jìn)制調(diào)幅。 （注意這里的碼分制不是碼分復(fù)用CDMA的概念）P93指令按鍵指令編碼振幅調(diào)制驅(qū)動(dòng)放大紅外發(fā)射紅外接收前置放大解調(diào)電路指令解碼記憶驅(qū)動(dòng)執(zhí)行環(huán)節(jié)被控對(duì)象指令編碼：首部標(biāo)示+指令信息+尾部標(biāo)識(shí)，編/解碼有專用IC: PT2262/PT272。振幅調(diào)制：將0，1編碼轉(zhuǎn)換成載波脈沖的有無(wú)，振幅解調(diào)有專用IC:CX20196等。5.4 紅外線遙控的基本原理四、常用紅外光發(fā)射電路

9、討論問(wèn)題：如何產(chǎn)生紅外脈沖。思考: 為何要產(chǎn)生紅外脈沖? 畫出Vc及Pin3的波形。P94工作原理：令C1電壓=0 - S=1 -pin3 = “1”, Pin7 內(nèi)懸空-C1通過(guò)R1+R2充電-C1充電到0.66Vcc時(shí)，R=1,Pin3 = “0”,Pin7內(nèi)接地-C1通過(guò)R2放電。放到0.33Vcc時(shí)，S=1,Pin3 = “1”; Pin7內(nèi)懸空 - C1通過(guò)R1+R2充電VT1/VT2部分分析：書上有錯(cuò)，Pin3輸出”1“，VT1飽和導(dǎo)通，VT2截止。反之VT2導(dǎo)通。LED1在SA閉合時(shí)候恒亮（高頻率的亮滅交替）。參數(shù)計(jì)算：Pin3高電平持續(xù)TH = 0.69（R1+R2）C1 低電

10、平持續(xù)TL=0.69R2*C1 問(wèn):T,紅外脈沖占空比？如何獲得紅外窄脈沖（高占空比）。2.多諧振蕩紅外光發(fā)射電路（分立元件，成本低）3.集成振蕩紅外光發(fā)射電路5.4 紅外線遙控的基本原理四、常用紅外光發(fā)射電路P95abcde各IC均為反相器，集成在CD4069中令電容的初始電壓為0，C點(diǎn)初始點(diǎn)電壓為0，試?yán)L出a,e的電壓波形。脈沖周期：2.2(R2+Rp)C5.7 紅外遙控器的應(yīng)用舉例一、單通道紅外線遙控電路P102-103(1)兩個(gè)振蕩電路，紅外接收頭，LM567作用。(2)通讀分析（P102-P103）(3)思考回答: LM567 3腳及8腳波形？F2 = 1/1.1RC正比于頻率捕捉范

11、圍38KHz一體化紅外接收頭補(bǔ)充：RC電路充電時(shí)間 電路中的電容原來(lái)未充電，uC(0-)=0。t=0時(shí)開關(guān)閉合，求解此電路：思路：電路已經(jīng)是最簡(jiǎn)式，直接列微分方程求電容電壓變化。(1)微分方程：(2)非齊次方程解的結(jié)構(gòu)：為齊次解（對(duì)應(yīng)齊次方程的解）為特解（一個(gè)滿足非齊次方程注：特解一般具有與輸入激勵(lì)函數(shù)相同的模式補(bǔ)充：RC電路充電時(shí)間，解方程：令：解得：求齊次解求特解代入方程：令：解得：補(bǔ)充：RC電路充電時(shí)間故：式中的常數(shù)K由什么確定？Answer:初始條件所以：進(jìn)一步可求得：補(bǔ)充：RC電路充電時(shí)間補(bǔ)充：RC電路充電時(shí)間思考：從上圖看充電時(shí)間應(yīng)該是4RC,為什么我們的系數(shù)有時(shí)候是0.69，有時(shí)

12、候是2.2 ？答：有的充電從0.33Vcc0.66Vcc(0.69)有的充電從邏輯低電平到邏輯高電平（2.2）5.7 紅外遙控器的應(yīng)用舉例二、家用多路紅外遙控器104LC2190功能：集編碼及調(diào)制為一體。思考：編碼的概念（爆破），對(duì)什么編碼？調(diào)制的概念？RP,C2:載波頻率控制，一般為38KHz。S1,S2:連續(xù)發(fā)射，單次發(fā)射的概念？5.7 紅外遙控器的應(yīng)用舉例二、家用多路紅外遙控器104電源電路解調(diào)電路譯碼電路說(shuō)明：VT2發(fā)射極畫反了。5.7 紅外遙控器的應(yīng)用舉例五、衛(wèi)生間濕手烘干器109請(qǐng)同學(xué)分析：提示GT外特性5.7 紅外遙控器的應(yīng)用舉例補(bǔ)充實(shí)例紅外反射式自來(lái)水龍頭視頻引例熱體紅外輻射規(guī)

13、律：熱體 溫度越高，輻射的紅外線頻率越高。熱釋電紅外傳感原理: 5.8 熱釋電紅外傳感器一、熱釋電紅外傳感器的工作原理極化體捕獲的電荷原理：紅外照射內(nèi)部極化程度變?nèi)鮾?nèi)部電場(chǎng)減弱表面電荷欲“逃脫” ，產(chǎn)生對(duì)外電壓（熱釋電效應(yīng)）內(nèi)外電場(chǎng)再平衡對(duì)外不顯電性。平衡時(shí)對(duì)外不顯電極性思考：要不斷對(duì)外產(chǎn)生電壓，有何要求？1105.8 熱釋電紅外傳感器二、熱釋電紅外傳感器的組成110濾光片：通過(guò)波長(zhǎng)：7-14微米（人體9微米）可見光及其他波長(zhǎng)紅外被濾除。探測(cè)元件：熱釋電效應(yīng)器件場(chǎng)效應(yīng)管：阻抗匹配，信號(hào)放大。5.8 熱釋電紅外傳感器二、菲涅爾透鏡功能：（1）聚焦（2）形成交替的“盲區(qū)” “高靈敏區(qū)”，人移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生“紅外脈沖”，使傳感器持續(xù)輸出信號(hào)。1125.8 熱釋電紅外傳感器一種人體活動(dòng)時(shí)的熱釋電紅外檢測(cè)模塊三線引腳：VSS Vdd 信號(hào)線 1-bit