中心議題：

• 紅外線測速傳感器概述
• 紅外線測速傳感器設計
• 紅外線測速傳感器整體結構

解決方案：

• 紅外線測速傳感器硬件設計
• 紅外線測速傳感器軟件設計

紅外線技術在測速係統中已經得到了廣泛應用，許多產品已運用紅外線技術能夠實現車輛測速
、探測等研究。紅外線應用速度測量領域時
，最難克服的是受強太陽光等多種含有紅外線的光源幹擾。外(wai)界(jie)光(guang)源(yuan)的(de)幹(gan)擾(rao)成(cheng)為(wei)紅(hong)外(wai)線(xian)應(ying)用(yong)於(yu)野(ye)外(wai)的(de)瓶(ping)頸(jing)。針(zhen)對(dui)此(ci)問(wen)題(ti)，這(zhe)裏(li)提(ti)出(chu)一(yi)種(zhong)紅(hong)外(wai)線(xian)測(ce)速(su)傳(chuan)感(gan)器(qi)設(she)計(ji)方(fang)案(an)
，該(gai)設(she)計(ji)方(fang)案(an)能(neng)夠(gou)為(wei)多(duo)點(dian)測(ce)量(liang)即(ji)時(shi)速(su)度(du)和(he)階(jie)段(duan)加(jia)速(su)度(du)提(ti)供(gong)技(ji)術(shu)支(zhi)持(chi)，可(ke)應(ying)用(yong)於(yu)公(gong)路(lu)測(ce)速(su)和(he)生(sheng)產(chan)線(xian)下(xia)料(liao)的(de)速(su)度(du)稱(cheng)量(liang)等(deng)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)中(zhong)需(xu)要(yao)測(ce)量(liang)速(su)度(du)的(de)環(huan)節(jie)。

1 紅外測速傳感器概述

hongwaixianduisheguandequdongfenweidianpingxinghemaichongxingliangzhongqudongfangshi
，benxitongzhonghongwaichuanganqixuanyongmaichongxingqudongfangshi。youhongwaixianduisheguanzhenliezuchengfenlixingguangdianchuanganqi。gaichuanganqidechuangxindianzaiyunenggoudikangwaijiedeqiangguangganrao。taiyangguangzhonghanyouduihongwaixianjieshouguanchanshengganraodehongwaixian
，gaiguangxiannenggoujianghongwaixianjieshouerjiguandaotong，shixitongchanshengwupan
，shenzhidaozhizhenggexitongtanhuan。benchuanganqideyoudianzaiyunenggoushezhiduodiancaiji
，duisheguanzhenliedejianjuhezhenlieshuliangkegenjuxuqiuxuanqu。

2 紅外線測速傳感器硬件設計

2．1 紅外線發射管電路設計
發射管選取SIR204-A型發射管，該紅外線二極管驅動電流範嗣為20～100 mA，其正向導通壓降為1．3～1．5 V，發出紅外線光波長範圍約為835～930 nm

，發射角度為30°，直射時紅外線光強度最大。發射管驅動電壓采用脈衝電壓，38 kHz載波頻率，發送時長為280 μs，占空比為1／2的方波，發送間隔為720 μs。載波脈衝需要與紅外線接收管的型號相匹配。紅外發射管能夠匹配光電晶體管、光guang敏min二er極ji管guan和he紅hong外wai接jie收shou器qi模mo塊kuai，紅hong外wai傳chuan感gan器qi的de接jie收shou部bu分fen選xuan擇ze了le帶dai有you放fang大da和he濾lv波bo功gong能neng的de紅hong外wai線xian接jie收shou二er極ji管guan。發fa射she部bu分fen的de設she計ji需xu要yao考kao慮lv到dao接jie收shou部bu分fen的de製zhi約yue。經jing過guo驗yan證zheng調tiao製zhi脈mai衝chong驅qu動dong電dian流liu能neng夠gou匹pi配pei紅hong外wai線xian接jie收shou管guan，將jiang紅hong外wai線xian接jie收shou管guan導dao通tong。驅qu動dong發fa射she管guanPWM的波形如圖1所示。

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圖2是紅外線發射管的驅動電路圖。脈衝信號由R29處輸入，通過NPN型三極管，從而控製紅外發射管VD3的通斷情況，本電路中單個紅外管驅動電流選擇值約為20 mA。由於NPN型三極管驅動電流低於20 mA，需在電路中加入P-mos管增強驅動能力。R18和R29的電阻值需要匹配，若2個電阻匹配不佳


，會造成驅動脈衝波形毛刺較多，使二極管導通能力減弱


，導通時間延遲增大。R18盡量大，能夠減少電路功耗
，R18和R29都選用10 kΩ電阻。紅外線發射管的驅動不穩定
，會造成接收判斷失效，驅動電路的配置要根據實驗進行匹配。

2．2 紅外線接收管電路設計
紅外線接收管內部電路如圖3所示，紅外線接收二極管內部電路將導通後微弱脈衝信號放大
、濾波整形，輸出單片機可以識別的方波脈衝信號。該類型紅外線接收管導通波長範圍約為850～1 050 nm，紅外線發射管發射波長約為875 nm，能夠滿足紅外線接收管導通要求。

紅外線接收管選用HS0038型的紅外一體接收頭，該器件集成度高
，能夠以小成本實現圖3所示功能。紅外線接收管需要接收38 kHz左(zuo)右(you)帶(dai)寬(kuan)的(de)脈(mai)衝(chong)波(bo)形(xing)
，接(jie)收(shou)發(fa)射(she)管(guan)隻(zhi)能(neng)接(jie)收(shou)間(jian)歇(xie)發(fa)射(she)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)，發(fa)射(she)紅(hong)外(wai)線(xian)過(guo)於(yu)密(mi)集(ji)
，接(jie)收(shou)管(guan)無(wu)法(fa)導(dao)通(tong)
，需(xu)要(yao)予(yu)以(yi)注(zhu)意(yi)。紅(hong)外(wai)線(xian)發(fa)射(she)管(guan)發(fa)出(chu)38 kHz載波，將紅外線接收管導通。該波形頻率為1 kHz，周期內高電平時間720μs，低電平時間280μs。當dang有you物wu體ti遮zhe擋dang紅hong外wai線xian對dui射she管guan時shi，發fa射she源yuan被bei遮zhe擋dang，紅hong外wai線xian接jie收shou管guan無wu法fa導dao通tong，輸shu出chu高gao電dian平ping。由you此ci可ke以yi判pan斷duan是shi否fou有you物wu體ti從cong紅hong外wai線xian對dui射she管guan中zhong間jian通tong過guo。紅hong外wai線xian接jie收shou管guan導dao通tong時shi的de輸shu出chu波bo形xing如ru圖tu4所示。

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danghongwaixianjieshouguanbeizhengmianzhedangshi
，zhouweizhangaiwutifansheyouhongwaixianfasheguanfachudehongwaixian。cishiweiruodexinhaohuisuizhehongwaixianjieshouguanneibuzidongzengyikongzhitiaojiedaozuidaerchanshengfangboboxing
，duihongwaixianjieshouguanzaochengganrao。ganraoshicaijidaodexinhaofuza，xuyaocaiyonglvboshouduanjiangzaboganraolvchu。jingguofenxiheshiboqiguancha

，zabodepinlvdayu1 kHz。在紅外線接收管輸出端接入有源濾波電路，能夠將高於1 kHz的de雜za波bo濾lv掉diao。由you此ci輸shu出chu的de波bo形xing為wei紅hong外wai線xian接jie收shou管guan導dao通tong和he未wei導dao通tong兩liang種zhong狀zhuang態tai下xia的de信xin號hao
，未wei摻chan雜za幹gan擾rao
，較jiao容rong易yi區qu分fen，可ke以yi根gen據ju特te點dian編bian寫xie算suan法fa，判pan斷duan是shi否fou有you物wu體ti從cong紅hong外wai線xian對dui射she管guan中zhong間jian通tong過guo。

3 紅外線測速傳感器軟件設計

kongzhiruanjianxuyaobaozhenghongwaixianduisheguanyiduiyigongzuo，qieduixinhaocaijichuli

，duicaijidexinhaobianxiesuanfachengxu，wanchengduiwutishifouzhedanghongwaixianduisheguandepanding
，jifenbianhongwaixianjieshouguanshifoubeidaotong。tongguodanpianjineibujishuqijiqumaichonggeshu，keyijiangwutizhedangmougehongwaixianjieshouguandeshijianjiluxialai。chengxuliuchengrutu5(a)所示
，需要不斷判定第一個紅外線接收管的輸出狀態，當確定有物體遮擋時，將開始標誌位置為1，danpianjikaishiduquqitajieshouguanzhuangtai，tongshiqidongdingshiqi，xiayiduihongwaixianduisheguandejieshouguanbeizhedangtingzhijishi。hongwaixianfasheguananshunxuyicifashehongwaixian，chulidanyuanyiciduquhongwaixianjieshouguanzhuangtai


，keyifangzhiniaohuorenwuyizhedangyinqidewupanxianxiang。panduanyouwutizhedangdechengxusixiangweipanduan1 ms內，是否有物體遮擋
，若沒有物體遮擋
，紅外線接收管輸出的脈衝波形保持不變；若有物體遮擋，紅外線接收管輸出高電平持續1 msyishang。hongwaixianjieshouguanshuchuzhuangtaishifouweigaodianping，keyipanduanshifouyouwutizhedang。danganshunxusaomiaodeqianyiduihongwaixianduiguanbeipandingzhedangshi，kaishisaomiaoxiayiduiguanzidemaichonggeshu，tongshikaiqidingshiqi。yanshi50 μs，判(pan)定(ding)接(jie)收(shou)管(guan)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)是(shi)否(fou)為(wei)脈(mai)衝(chong)，判(pan)定(ding)是(shi)否(fou)為(wei)脈(mai)衝(chong)則(ze)需(xu)要(yao)判(pan)定(ding)引(yin)腳(jiao)是(shi)否(fou)為(wei)低(di)電(dian)平(ping)，如(ru)果(guo)引(yin)腳(jiao)為(wei)低(di)電(dian)平(ping)，計(ji)數(shu)值(zhi)清(qing)零(ling)。計(ji)數(shu)值(zhi)並(bing)不(bu)是(shi)計(ji)數(shu)器(qi)的(de)值(zhi)，而(er)是(shi)計(ji)算(suan)延(yan)時(shi)50μs的次數是否達到28。

當判斷相應的接收管被遮擋時，相應的紅外線對管序號累加。程序流程如圖5(b)所示。

4 整體結構

紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)構(gou)成(cheng)一(yi)對(dui)紅(hong)外(wai)傳(chuan)感(gan)器(qi)收(shou)發(fa)子(zi)單(dan)元(yuan)。若(ruo)幹(gan)對(dui)紅(hong)外(wai)傳(chuan)感(gan)器(qi)收(shou)發(fa)子(zi)單(dan)元(yuan)構(gou)成(cheng)完(wan)整(zheng)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)測(ce)速(su)傳(chuan)感(gan)器(qi)，其(qi)紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)分(fen)離(li)距(ju)離(li)和(he)紅(hong)外(wai)傳(chuan)感(gan)器(qi)收(shou)發(fa)子(zi)單(dan)元(yuan)間(jian)距(ju)可(ke)以(yi)調(tiao)整(zheng)。如(ru)圖(tu)6所示，Ⅳ需要大於2
，分離距離超過5 m。在兩對紅外線對射管之間測量物體經過的時間T
，間距設置為L，可以得到後一對紅外線對射管的即時速度V：

5 結束語

紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)方(fang)法(fa)，能(neng)夠(gou)動(dong)態(tai)地(di)反(fan)應(ying)物(wu)體(ti)運(yun)動(dong)經(jing)過(guo)紅(hong)外(wai)對(dui)管(guan)時(shi)的(de)即(ji)時(shi)速(su)度(du)和(he)階(jie)段(duan)加(jia)速(su)度(du)。紅(hong)外(wai)線(xian)在(zai)速(su)度(du)測(ce)量(liang)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)，可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)或(huo)者(zhe)係(xi)統(tong)的(de)技(ji)術(shu)支(zhi)持(chi)，為(wei)後(hou)續(xu)的(de)設(she)備(bei)校(xiao)準(zhun)和(he)分(fen)析(xi)提(ti)供(gong)數(shu)據(ju)準(zhun)備(bei)。CD4051等模擬開關芯片可以作為增加測量點數量的編碼、譯碼器，控製紅外線接收管一對一工作，得到精確采樣點的速度和階段的加速度的信息。完整的速度測量係統結構
，包括傳感器、處(chu)理(li)單(dan)元(yuan)以(yi)及(ji)人(ren)機(ji)交(jiao)互(hu)單(dan)元(yuan)
，適(shi)合(he)於(yu)小(xiao)型(xing)企(qi)業(ye)和(he)研(yan)究(jiu)所(suo)。紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)工(gong)藝(yi)上(shang)
，不(bu)需(xu)要(yao)嚴(yan)格(ge)的(de)管(guan)子(zi)對(dui)射(she)標(biao)準(zhun)，紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)間(jian)距(ju)加(jia)工(gong)略(lve)有(you)偏(pian)差(cha)不(bu)影(ying)響(xiang)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)和(he)紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)導(dao)通(tong)。