紅外光的基本原理

發(fā)布時間:2024-04-03
紅外線是波長介于微波和可見光之間的電磁波,波長在760納米到1毫米之間,是波形比紅光長的非可見光。自然界中的一切物體,只要它的溫度高于絕對零度(-273)就存在分子和原子的無規(guī)則運動,其表面就會不停的輻射紅外線。當(dāng)然了,雖然是都輻射紅外線,但是不同的物體輻射的紅外強(qiáng)度是不一樣的,而我們正是利用了這一點把紅外技術(shù)應(yīng)用到我們實際開發(fā)中。
紅外發(fā)射管很常用,在我們的遙控器上都可以看到,他類似發(fā)光二極管,但是他發(fā)射出來的是紅外光,是我們?nèi)庋鬯床坏降?。第二課我們學(xué)過發(fā)光二極管會隨著電流的增大亮度逐漸增加,同樣的道理,紅外發(fā)射管會隨著電流的增大,紅外線的強(qiáng)度越來越強(qiáng),常見的紅外發(fā)射管如圖1所示。
圖1紅外發(fā)射管
紅外接收管內(nèi)部帶了一個具有紅外光敏感特征的pn節(jié),屬于光敏二極管,但是它只對紅外光有反應(yīng)。無紅外光時,光敏管不導(dǎo)通,有紅外光時,光敏管導(dǎo)通形成光電流,并且在一定范圍內(nèi)電流隨著紅外光的強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大。典型的紅外接收管如圖2所示。
圖2紅外接收管
這種紅外發(fā)射和接收對管在小車、機(jī)器人避障以及紅外循跡小車中有所應(yīng)用,這部分內(nèi)容在我們的kst-51開發(fā)板上并沒有實現(xiàn),但是屬于紅外部分的內(nèi)容,所以我提供一個原理圖給大家作為學(xué)習(xí)之用,如圖3所示。
圖3紅外避障、循跡原理圖
在圖3這個原理圖中,發(fā)射控制和接收檢測都是接到我們單片機(jī)的io口上。
發(fā)射部分:當(dāng)發(fā)射控制輸出高電平時,三極管q1不導(dǎo)通,紅外發(fā)射管l1不會發(fā)射紅外信號;當(dāng)發(fā)射控制輸出低電平的時候,通過三極管q1導(dǎo)通讓l1發(fā)出紅外光。
接收部分:r4是一個電位器,也就是“傳說”中的滑動變阻器。我們通過調(diào)整這個滑動變阻器給lm393的2腳一個閾值電壓,這個電壓值大小可以根據(jù)實際情況來確定。而紅外光敏二極管l2收到紅外光的時候,會產(chǎn)生電流,并且隨著紅外光的從弱變強(qiáng),電流會從小變大。當(dāng)沒有紅外光或者說紅外光很弱的時候,3腳的電壓就會接近vcc,如果3腳比2腳的電壓高的話,通過lm393比較器后,接收檢測引腳輸出一個高電平。當(dāng)隨著光強(qiáng)變大,電流變大,3腳的電壓值等于vcc-i*r3,電壓就會越來越小,當(dāng)小到一定程度,比2腳的電壓還小的時候,接收檢測引腳就會變?yōu)榈碗娖健?br> 這個電路用于避障的時候,發(fā)射管先發(fā)送紅外信號,紅外信號會隨著傳送距離的加大逐漸衰減,如果遇到障礙物,就會形成紅外反射。當(dāng)反射回來的信號比較弱時,光敏二極管l2接收的紅外光較弱,比較器lm393的3腳電壓高于2腳電壓,接收檢測引腳輸出高電平,說明障礙物比較遠(yuǎn);當(dāng)反射回來的信號比較強(qiáng),接收檢測引腳輸出低電平,說明障礙物比較近了。
用于小車循跡的時候,必須要有黑色和白色的軌道。當(dāng)紅外信號發(fā)送到黑色軌道時,黑色因為吸光能力比較強(qiáng),紅外信號發(fā)送出去后就會被吸收掉,反射部分很微弱。白色軌道就會把大部分紅外信號返回來。通常情況下的循跡小車,需要應(yīng)用多個紅外模塊同時檢測,從多個角度判斷軌道,根據(jù)判斷的結(jié)果來調(diào)整小車使其按照正常循跡前行。
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