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0度的物體，均向外輻射紅外線光熱效應。（被紅外線照射可使物體發熱，如紅外線照射可促進血液循環）紅外線波長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。遠紅外有微波特點，能穿透部分不透明物質。紅外線應用紅外線攝像（如：小區夜晚紅外攝像頭）紅外檢測（如：視頻小車）熱釋電紅外探測（如：紅外感應燈，紅外制導）。5.2 紅外傳感器功能: 紅外線 電壓分類： 主動型（光探測型）：紅外發射傳感器,接收傳感器成對使用。 被動型（熱探測型）：熱源(紅外源)熱釋電紅外傳感器 電壓。光探測型（主動

2、）熱探測型（被動）P775.2 紅外傳感器 一、紅外發光二極管分類： 砷化鎵GaAs LED ：發光效率10%-20%，高于可見光LED. 鋁化鎵GaAlAs LED: 發光效率接近20%，高于GaAs LED,價格較貴 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、紅外發光二極管基本特性紅外波長：遙控用紅外LED,波長在0.9-1.0微米之間，屬近紅外。伏安特性（壓流關系）：類同與普通二極

3、管，單向導電性。輸出特性：電流與發出紅外光功率關系。說明：小電流時，輸出紅外線功率與電流成正比，大電流時，輸出紅外線功率為飽和值。5.2 紅外傳感器 一、紅外發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)主要參數工作電流IF:允許的長時正常工作直流電流，若長時大于此值，將發熱損壞。小功率管為30-50毫安。峰值電流IFP:允許的瞬時電壓最大值，一般為600毫安以上。Pm與Po: Pm是二極管消耗的功率,Po是發出紅外光的功率，效率低于20%。峰值波長:發出連續譜的紅外光，光強最大的紅外光的波長為峰值波長，一般為900nm.反相漏電流IR：紅外發光二極管反向未被擊穿時反向電流

4、。響應時間Tw:微秒級。5.2 紅外傳感器 一、紅外發光二極管P79基本驅動方式-直流恒流驅動5.2 紅外傳感器 一、紅外發光二極管簡單直流驅動恒流源驅動P80注意：1）峰值電流越大，則峰值功率越大，則發射距離越遠。2）為使LED不因發熱損壞，峰值電流越大，方波占空比應越小。3） 方波可表示0、1序列,故可編碼，電視機遙控不同按鍵發不同編碼。基本驅動方式-脈沖驅動 （P81 圖5-7）5.2 紅外傳感器 一、紅外發光二極管P81紅外發光二極管的應用5.2 紅外傳感器 一、紅外發光二極管P82原理：半導體的光電效應：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 在反偏狀態下，受光照射時導通，該電流稱為光電流，光照強度越大，光電流越大。數量級：微安級，幾十微安。光譜響應特性光譜范圍：400-1100納米。峰值波長：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 在反偏狀態下，反偏電壓大于某臨界值時，光生電流與光照強度呈線性關系，而與電壓幾乎無關。P84基本應用5.2 紅外傳感器 二、光電二極管P85注：1)為保證光強與光電流呈線性關系，反向電壓應大于5V. 2)左圖中Rb，Rc不宜過大，否則退化為開關電路。光電流放大光開關電路光電三極管5.2 紅外傳感器 三、光電三極管P8

6、7模型：光電二極管并聯晶體三極管。光電流是毫安級（二極管是微安級）。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（b）光電放大5.3 紅外專用接收集成電路從紅外電視機遙控器說起：靜音鍵100011編碼對40KHz矩形波調制毫秒級100011驅動紅外LED發出紅外光微秒級，小占空比P895.3 紅外專用接收集成電路CX20196A功能：解調設定頻率的紅外脈沖。100011CX2019A100011CX2019A解碼靜音命令P895.3 紅外專用接收集成電路P90放大：自

7、適應放大倍數限幅：消除寄生調幅分量帶通濾波：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：光電信號輸入5腳：電阻確定載波脈沖頻率7腳：輸出解調波其他腳: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產生調制討論問題：能夠區分多個按鍵的紅外遙控原理驅動電路紅外發射紅外接收前置放大解調執行環節執行電路記憶驅動調制方式：二進制脈沖幅度調制（PAM Pulse Amplitude Modulation） 脈沖頻率調制頻分制與碼分制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的方波發生器頻率為F2的方波發生器。頻率為F3的方波發生器。頻率為F3的方波發生器驅動電路紅外發射P93頻分制與碼分制5.4 紅外線遙控的基本原理碼分制：按鍵編碼后再進行二進制調幅。 （注意這里的碼分制不是碼分復用CDMA的概念）P93指令按鍵指令編碼振幅調制驅動放大紅外發射紅外接收前置放大解調電路指令解碼記憶驅動執行環節被控對象指令編碼：首部標示+指令信息+尾部標識，編/解碼有專用IC: PT2262/PT272。振幅調制：將0，1編碼轉換成載波脈沖的有無，振幅解調有專用IC:CX20196等。5.4 紅外線遙控的基本原理四、常用紅外光發射電路

9、討論問題：如何產生紅外脈沖。思考: 為何要產生紅外脈沖? 畫出Vc及Pin3的波形。P94工作原理：令C1電壓=0 - S=1 -pin3 = “1”, Pin7 內懸空-C1通過R1+R2充電-C1充電到0.66Vcc時，R=1,Pin3 = “0”,Pin7內接地-C1通過R2放電。放到0.33Vcc時，S=1,Pin3 = “1”; Pin7內懸空 - C1通過R1+R2充電VT1/VT2部分分析：書上有錯，Pin3輸出”1“，VT1飽和導通，VT2截止。反之VT2導通。LED1在SA閉合時候恒亮（高頻率的亮滅交替）。參數計算：Pin3高電平持續TH = 0.69（R1+R2）C1 低電

10、平持續TL=0.69R2*C1 問:T,紅外脈沖占空比？如何獲得紅外窄脈沖（高占空比）。2.多諧振蕩紅外光發射電路（分立元件，成本低）3.集成振蕩紅外光發射電路5.4 紅外線遙控的基本原理四、常用紅外光發射電路P95abcde各IC均為反相器，集成在CD4069中令電容的初始電壓為0，C點初始點電壓為0，試繪出a,e的電壓波形。脈沖周期：2.2(R2+Rp)C5.7 紅外遙控器的應用舉例一、單通道紅外線遙控電路P102-103(1)兩個振蕩電路，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充：RC電路充電時間 電路中的電容原來未充電，uC(0-)=0。t=0時開關閉合，求解此電路：思路：電路已經是最簡式，直接列微分方程求電容電壓變化。(1)微分方程：(2)非齊次方程解的結構：為齊次解（對應齊次方程的解）為特解（一個滿足非齊次方程注：特解一般具有與輸入激勵函數相同的模式補充：RC電路充電時間，解方程：令：解得：求齊次解求特解代入方程：令：解得：補充：RC電路充電時間故：式中的常數K由什么確定？Answer:初始條件所以：進一步可求得：補充：RC電路充電時間補充：RC電路充電時間思考：從上圖看充電時間應該是4RC,為什么我們的系數有時候是0.69，有時

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 紅外遙控器的應用舉例二、家用多路紅外遙控器104LC2190功能：集編碼及調制為一體。思考：編碼的概念（爆破），對什么編碼？調制的概念？RP,C2:載波頻率控制，一般為38KHz。S1,S2:連續發射，單次發射的概念？5.7 紅外遙控器的應用舉例二、家用多路紅外遙控器104電源電路解調電路譯碼電路說明：VT2發射極畫反了。5.7 紅外遙控器的應用舉例五、衛生間濕手烘干器109請同學分析：提示GT外特性5.7 紅外遙控器的應用舉例補充實例紅外反射式自來水龍頭視頻引例熱體紅外輻射規

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：紅外照射內部極化程度變弱內部電場減弱表面電荷欲“逃脫” ，產生對外電壓（熱釋電效應）內外電場再平衡對外不顯電性。平衡時對外不顯電極性思考：要不斷對外產生電壓，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：通過波長：7-14微米（人體9微米）可見光及其他波長紅外被濾除。探測元件：熱釋電效應器件場效應管：阻抗匹配，信號放大。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” “高靈敏區”，人移動時產生“紅外脈沖”，使傳感器持續輸出信號。1125.8 熱釋電紅外傳感器一種人體活動時的熱釋電紅外檢測模塊三線引腳：VSS Vdd 信號線 1-bit