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。waijieguangyuandeganraochengweihongwaixianyingyongyuyewaidepingjing。zhenduiciwenti，zhelitichuyizhonghongwaixiancesuchuanganqishejifangan，gaishejifangannenggouweiduodianceliangjishisuduhejieduanjiasudutigongjishuzhichi，keyingyongyugonglucesuheshengchanxianxialiaodesuduchengliangdenggongyeshengchanzhongxuyaoceliangsududehuanjie。

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(guan)PWM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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當dang紅hong外wai線xian接jie收shou管guan被bei正zheng麵mian遮zhe擋dang時shi，周zhou圍wei障zhang礙ai物wu體ti反fan射she由you紅hong外wai線xian發fa射she管guan發fa出chu的de紅hong外wai線xian。此ci時shi微wei弱ruo的de信xin號hao會hui隨sui著zhe紅hong外wai線xian接jie收shou管guan內nei部bu自zi動dong增zeng益yi控kong製zhi調tiao節jie到dao最zui大da而er產chan生sheng方fang波bo波bo形xing
，對dui紅hong外wai線xian接jie收shou管guan造zao成cheng幹gan擾rao。幹gan擾rao使shi采cai集ji到dao的de信xin號hao複fu雜za，需xu要yao采cai用yong濾lv波bo手shou段duan將jiang雜za波bo幹gan擾rao濾lv除chu。經jing過guo分fen析xi和he示shi波bo器qi觀guan察cha，雜za波bo的de頻pin率lv大da於yu1 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

控(kong)製(zhi)軟(ruan)件(jian)需(xu)要(yao)保(bao)證(zheng)紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)一(yi)對(dui)一(yi)工(gong)作(zuo)，且(qie)對(dui)信(xin)號(hao)采(cai)集(ji)處(chu)理(li)，對(dui)采(cai)集(ji)的(de)信(xin)號(hao)編(bian)寫(xie)算(suan)法(fa)程(cheng)序(xu)，完(wan)成(cheng)對(dui)物(wu)體(ti)是(shi)否(fou)遮(zhe)擋(dang)紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)的(de)判(pan)定(ding)，即(ji)分(fen)辨(bian)紅(hong)外(wai)線(xian)接(jie)收(shou)管(guan)是(shi)否(fou)被(bei)導(dao)通(tong)。通(tong)過(guo)單(dan)片(pian)機(ji)內(nei)部(bu)計(ji)數(shu)器(qi)計(ji)取(qu)脈(mai)衝(chong)個(ge)數(shu)，可(ke)以(yi)將(jiang)物(wu)體(ti)遮(zhe)擋(dang)某(mou)個(ge)紅(hong)外(wai)線(xian)接(jie)收(shou)管(guan)的(de)時(shi)間(jian)記(ji)錄(lu)下(xia)來(lai)。程(cheng)序(xu)流(liu)程(cheng)如(ru)圖(tu)5(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shi50μs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

hongwaixianduisheguanfangfa，nenggoudongtaidifanyingwutiyundongjingguohongwaiduiguanshidejishisuduhejieduanjiasudu。hongwaixianzaisuduceliangzhongdeyingyong，keyizuoweiqitashebeihuozhexitongdejishuzhichi，weihouxudeshebeixiaozhunhefenxitigongshujuzhunbei。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)。