光電傳感器的種類與工作原理詳解

　　光電傳感器的種類

　　光電傳感器工作原理（紅外線光電傳感器原理）

　　光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。

　　光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。

　　發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管（LED）、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。

　　此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。

　　三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。

　　分類和工作方式

　?、挪坌凸怆妭鞲衅?/p>

　　把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過時(shí)，光被遮擋，光電開關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。

　?、茖?duì)射型光電傳感器

　　若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開關(guān)，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。

　?、欠垂獍逍凸怆婇_關(guān)

　　把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式（或反射鏡反射式）光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。

　?、葦U(kuò)散反射型光電開關(guān)

　　它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測(cè)物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。

　　紅外接收頭工作原理

　　紅外接收頭一般是接收、放大、解調(diào)一體頭，一般紅外信號(hào)經(jīng)接收頭解調(diào)后，數(shù)據(jù) “0”和“1”的區(qū)別通常體現(xiàn)在高低電平的時(shí)間長(zhǎng)短或信號(hào)周期上，單片機(jī)解碼時(shí)，通常將接收頭輸出腳連接到單片機(jī)的外部中斷，結(jié)合定時(shí)器判斷外部中斷間隔的時(shí)間從而獲取數(shù)據(jù)。重點(diǎn)是找到數(shù)據(jù)“0”與“1”間的波形差別。

　　3條腿的紅外接收頭一般是接收、放大、解調(diào)一體頭，接收頭輸出的是解調(diào)后的數(shù)據(jù)信號(hào)（具體的信號(hào)格式，搜“紅外 信號(hào) 格式”，一大把），單片機(jī)里面需要相應(yīng)的讀取程序。

　　紅外通信是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的近距離保密通信和信息轉(zhuǎn)發(fā)。它一般由紅外發(fā)射和接收系統(tǒng)兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)對(duì)一個(gè)紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號(hào)，而接收系統(tǒng)用光學(xué)裝置和紅外探測(cè)器進(jìn)行接收，就構(gòu)成紅外通信系統(tǒng)。

　　先講一講什么是紅外線。我們知道，人的眼睛能看到的可見光按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長(zhǎng)范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長(zhǎng)范圍為0.38～0.46μm。比紫光波長(zhǎng)還短的光叫紫外線，比紅光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的光叫紅外線。紅外線遙控就是利用波長(zhǎng)為0.76～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號(hào)的。

　　常用的紅外接收頭有以下外形：

　　IRM138S系列 IRM338 IRM38A系列 IRM38B系列

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　　紅外遙控系統(tǒng)

　　常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個(gè)部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實(shí)際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時(shí)，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為940nm左右，外形與普通發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍(lán)、透明三種顏色。判斷紅外發(fā)光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣：用萬(wàn)用表電阻擋量一下紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻即可。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率要用專門的儀器才能精確測(cè)定，而業(yè)余條件下只能用拉距法來粗略判定。

　　接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實(shí)際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時(shí)是反向運(yùn)用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。

　　由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?00mW左右），所以紅外接收二極管接收到的信號(hào)比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。前些年常用μPC1373H、CX20106A等紅外接收專用放大電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。均有三只引腳，即電源正（VDD）、電源（GND）和數(shù)據(jù)輸出（VO或OUT）。紅外接收頭的引腳排列因型號(hào)不同而不盡相同，可參考廠家的使用說明。成品紅外接收頭的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的調(diào)試和外殼屏蔽，使用起來如同一只三極管，非常方便。但在使用時(shí)注意成品紅外接收頭的載波頻率。紅外遙控常用的載波頻率為38kHz，這是由發(fā)射端所使用的455kHz晶振來決定的。在發(fā)射端要對(duì)晶振進(jìn)行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。也有一些遙控系統(tǒng)采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由發(fā)射端晶振的振蕩頻率來決定。

　　紅外遙控的特點(diǎn)是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備。由于其無(wú)法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會(huì)產(chǎn)生相互干擾；電路調(diào)試簡(jiǎn)單，只要按給定電路連接無(wú)誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作；編解碼容易，可進(jìn)行多路遙控。

　　由于各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了大量紅外遙控專用集成電路，需要時(shí)按圖索驥即可。因此，現(xiàn)在紅外遙控在家用電器、室內(nèi)近距離（小于10米）遙控中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　多路控制的紅外遙控系統(tǒng)

　　多路控制的紅外發(fā)射部分一般有許多按鍵，代表不同的控制功能。當(dāng)發(fā)射端按下某一按鍵時(shí)，相應(yīng)地在接收端有不同的輸出狀態(tài)。接收端的輸出狀態(tài)大致可分為脈沖、電平、自鎖、互鎖、數(shù)據(jù)五種形式。“脈沖”輸出是當(dāng)按發(fā)射端按鍵時(shí)，接收端對(duì)應(yīng)輸出端輸出一個(gè)“有效脈沖”，寬度一般在100ms左右。“電平”輸出是指發(fā)射端按下鍵時(shí)，接收端對(duì)應(yīng)輸出端輸出“有效電平”，發(fā)射端松開鍵時(shí)，接收端“有效電平”消失。此處的“有效脈沖”和“有效電平”，可能是高、也可能是低，取決于相應(yīng)輸出腳的靜態(tài)狀況，如靜態(tài)時(shí)為低，則“高”為有效；如靜態(tài)時(shí)為高，則“低”為有效。大多數(shù)情況下“高”為有效。

　　“自鎖”輸出是指發(fā)射端每按一次某一個(gè)鍵，接收端對(duì)應(yīng)輸出端改變一次狀態(tài)，即原來為高電平變?yōu)榈碗娖?，原來為低電平變?yōu)楦唠娖?。此種輸出適合用作電源開關(guān)、靜音控制等。有時(shí)亦稱這種輸出形式為“反相”。“互鎖”輸出是指多個(gè)輸出互相清除，在同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)輸出有效。電視機(jī)的選臺(tái)就屬此種情況，其它如調(diào)光、調(diào)速、音響的輸入選擇等。“數(shù)據(jù)”輸出是指把一些發(fā)射鍵編上號(hào)碼，利用接收端的幾個(gè)輸出形成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，來代表不同的按鍵輸入。一般情況下，接收端除了幾位數(shù)據(jù)輸出外，還應(yīng)有一位“數(shù)據(jù)有效”輸出端，以便后級(jí)適時(shí)地來取數(shù)據(jù)。這種輸出形式一般用于與單片機(jī)或微機(jī)接口。

　　除以上輸出形式外，還有“鎖存”和“暫存”兩種形式。所謂“鎖存”輸出是指對(duì)發(fā)射端每次發(fā)的信號(hào)，接收端對(duì)應(yīng)輸出予以“儲(chǔ)存”，直至收到新的信號(hào)為止；“暫存”輸出與上述介紹的“電平”輸出類似。

　　4N25光電耦合器的管腳及應(yīng)用