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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(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，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（如：視頻小車） 熱釋電紅外探測（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： 主動型（光探測型）：紅外發(fā)射傳感器,接收傳感器成對使用。 被動型（熱探測型）：熱源(

2、紅外源)?熱釋電紅外傳感器? 電壓。,,光探測型（主動）,熱探測型（被動）,P77,5.2 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：遙控用紅外LED,

3、波長在0.9-1.0微米之間，屬近紅外。 伏安特性（壓流關(guān)系）：類同與普通二極管，單向?qū)щ娦浴?輸出特性：電流與發(fā)出紅外光功率關(guān)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(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:允許的長時正常工作直流電流，若長時大于此值，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:發(fā)出連續(xù)譜的紅外光，光

4、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(fā)光二極管反向未被擊穿時反向電流。 響應(yīng)時間Tw:微秒級。,5.2 紅外傳感器 一、紅外發(fā)光二極管,P79,基本驅(qū)動方式---直流恒流驅(qū)動,5.2 紅外傳感器 一、紅外發(fā)光二極管,簡單直流驅(qū)動,恒流源驅(qū)動,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。,基本驅(qū)動方式---脈沖驅(qū)動 （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

5、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，受光照射時導(dǎo)通，該電流稱為光電流，光照強度越大，光電流越大。數(shù)量級：微安級，幾十微安。,光譜響應(yīng)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(tài)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(guān)系，而與電壓幾乎無關(guān)。,P84,基本應(yīng)用,5.2 紅外傳感器 二、光

6、電二極管,P85,注：1)為保證光強與光電流呈線性關(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,P87,模型：光電二極管并聯(lián)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(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)遙控器說起：,靜音鍵,,,,,,,,,,,,,1,0,0,0,1,1,,編碼,,

7、對40KHz矩形波調(diào)制,,,毫秒級,,,,1,0,0,0,1,1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,驅(qū)動紅外LED發(fā)出紅外光,,,,,微秒級，小占空比,P89,5.3 紅外專用接收集成電路,CX20106A功能：解調(diào)設(shè)定頻率的紅外脈沖。,,,,1,0,0,0,1,1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,CX2016A,,,,,,,,,,,,,,1,0,0,0,1,1,,CX2016A,,解碼,靜音命令,P89,5.3 紅外

8、專用接收集成電路,P90,放大：自適應(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,P90,1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(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,信號產(chǎn)生,調(diào)制,討論問題：能夠區(qū)分多個按鍵的紅外遙控原理,驅(qū)動電路,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,,調(diào)制方式：二進(jìn)制脈沖幅度調(diào)制（PAM P

9、ulse Amplitude Modulation） 脈沖頻率調(diào)制,,頻分制與碼分制,5.4 紅外線遙控的基本原理,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,,執(zhí)行環(huán)節(jié),被控對象,指

10、令編碼：首部標(biāo)示+指令信息+尾部標(biāo)識，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，振幅解調(diào)有專用IC:CX20106等。,5.4 紅外線遙控的基本原理 四、常用紅外光發(fā)射電路 討論問題：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R1+R2充電…->C1充電到0.66Vcc時，R=1,Pin3 = “0”,Pin7內(nèi)接地->C1通過R2放電。。>放到0.33Vcc時，S=1,Pin3 = “1”; Pin7內(nèi)

11、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(dǎo)通，VT2截止。反之VT2導(dǎo)通。LED1在SA閉合時候恒亮（高頻率的亮滅交替）。參數(shù)計算：Pin3高電平持續(xù)TH = 0.69（R1+R2）C1 低電平持續(xù)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(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,P95,a,b,c,d,e,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?yán)L出a,e的電壓

12、波形。,脈沖周期：2.2(R2+Rp)C,5.7 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(guān)閉合，求解此電路：,,思路：電路已經(jīng)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(jié)構(gòu)：,為齊次解（對應(yīng)齊次方程,的解）,為特解（一個滿足非齊次方程,注：特

13、解一般具有與輸入激勵函數(shù)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(shù)K由什么確定？,Answer:初始條件,,所以：,進(jìn)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(yīng)該是4RC,為什么我們的系數(shù)有時候是0.69，有時候是2.2 ？,答：有的充電從0.33Vcc→0.66Vcc(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,104,LC2190功能：集編碼及調(diào)制為一體。,思考：編碼的概念（爆

14、破），對什么編碼？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 補充實例—紅外反射式自來水龍頭,視頻引例 熱體紅外輻射規(guī)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)酢?/p>

15、內(nèi)部電場減弱→表面電荷欲“逃脫” ，產(chǎn)生對外電壓（熱釋電效應(yīng)）→內(nèi)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(chǎn)生電壓，有何要求？,110,5.8 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(yīng)器件 場效應(yīng)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(qū)” “高靈敏區(qū)”，人移動時產(chǎn)生“紅外脈沖”，使傳感器持續(xù)輸出信號。,112,5.8 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 輸出 工作電壓：3.3-5V 探測距離：6米 觸發(fā)方式跳線可選： （1）人體移動時輸出高電平，人體靜止輸出低電平。 （2） 人體移動時輸出脈沖，人體靜止是輸出低電平。 思考：如何設(shè)計視頻中的人體移動報警器。 單片機(jī) Vs 555,5.9 熱釋電紅外遙控電路應(yīng)用舉例 二.防盜報警電路,分析提示：ua741理想運放， 整流，驅(qū)動。。。,第5章復(fù)習(xí),紅外線特性及其傳感器 紅外脈沖載波的產(chǎn)生 編碼及解碼的概念 紅外遙控發(fā)射器及接收器 熱釋電紅外器件及應(yīng)用,