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

紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)的(de)驅(qu)動(dong)分(fen)為(wei)電(dian)平(ping)型(xing)和(he)脈(mai)衝(chong)型(xing)兩(liang)種(zhong)驅(qu)動(dong)方(fang)式(shi)，本(ben)係(xi)統(tong)中(zhong)紅(hong)外(wai)傳(chuan)感(gan)器(qi)選(xuan)用(yong)脈(mai)衝(chong)型(xing)驅(qu)動(dong)方(fang)式(shi)。由(you)紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)陣(zhen)列(lie)組(zu)成(cheng)分(fen)離(li)型(xing)光(guang)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)。該(gai)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)創(chuang)新(xin)點(dian)在(zai)於(yu)能(neng)夠(gou)抵(di)抗(kang)外(wai)界(jie)的(de)強(qiang)光(guang)幹(gan)擾(rao)。太(tai)陽(yang)光(guang)中(zhong)含(han)有(you)對(dui)紅(hong)外(wai)線(xian)接(jie)收(shou)管(guan)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)，該(gai)光(guang)線(xian)能(neng)夠(gou)將(jiang)紅(hong)外(wai)線(xian)接(jie)收(shou)二(er)極(ji)管(guan)導(dao)通(tong)
，使(shi)係(xi)統(tong)產(chan)生(sheng)誤(wu)判(pan)
，甚(shen)至(zhi)導(dao)致(zhi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)癱(tan)瘓(huan)。本(ben)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)優(you)點(dian)在(zai)於(yu)能(neng)夠(gou)設(she)置(zhi)多(duo)點(dian)采(cai)集(ji)，對(dui)射(she)管(guan)陣(zhen)列(lie)的(de)間(jian)距(ju)和(he)陣(zhen)列(lie)數(shu)量(liang)可(ke)根(gen)據(ju)需(xu)求(qiu)選(xuan)取(qu)。

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chu38 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。dangyouwutizhedanghongwaixianduisheguanshi

，fasheyuanbeizhedang，hongwaixianjieshouguanwufadaotong，shuchugaodianping。youcikeyipanduanshifouyouwuticonghongwaixianduisheguanzhongjiantongguo。hongwaixianjieshouguandaotongshideshuchuboxingrutu4所示。

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danghongwaixianjieshouguanbeizhengmianzhedangshi，zhouweizhangaiwutifansheyouhongwaixianfasheguanfachudehongwaixian。cishiweiruodexinhaohuisuizhehongwaixianjieshouguanneibuzidongzengyikongzhitiaojiedaozuidaerchanshengfangboboxing，duihongwaixianjieshouguanzaochengganrao。ganraoshicaijidaodexinhaofuza

，xuyaocaiyonglvboshouduanjiangzaboganraolvchu。jingguofenxiheshiboqiguancha
，zabodepinlvdayu1 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tu5(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，單(dan)片(pian)機(ji)開(kai)始(shi)讀(du)取(qu)其(qi)他(ta)接(jie)收(shou)管(guan)狀(zhuang)態(tai)，同(tong)時(shi)啟(qi)動(dong)定(ding)時(shi)器(qi)，下(xia)一(yi)對(dui)紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)的(de)接(jie)收(shou)管(guan)被(bei)遮(zhe)擋(dang)停(ting)止(zhi)計(ji)時(shi)。紅(hong)外(wai)線(xian)發(fa)射(she)管(guan)按(an)順(shun)序(xu)依(yi)次(ci)發(fa)射(she)紅(hong)外(wai)線(xian)
，處(chu)理(li)單(dan)元(yuan)依(yi)次(ci)讀(du)取(qu)紅(hong)外(wai)線(xian)接(jie)收(shou)管(guan)狀(zhuang)態(tai)
，可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)鳥(niao)或(huo)人(ren)無(wu)意(yi)遮(zhe)擋(dang)引(yin)起(qi)的(de)誤(wu)判(pan)現(xian)象(xiang)。判(pan)斷(duan)有(you)物(wu)體(ti)遮(zhe)擋(dang)的(de)程(cheng)序(xu)思(si)想(xiang)為(wei)判(pan)斷(duan)1 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 ms以(yi)上(shang)。紅(hong)外(wai)線(xian)接(jie)收(shou)管(guan)輸(shu)出(chu)狀(zhuang)態(tai)是(shi)否(fou)為(wei)高(gao)電(dian)平(ping)，可(ke)以(yi)判(pan)斷(duan)是(shi)否(fou)有(you)物(wu)體(ti)遮(zhe)擋(dang)。當(dang)按(an)順(shun)序(xu)掃(sao)描(miao)的(de)前(qian)一(yi)對(dui)紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)管(guan)被(bei)判(pan)定(ding)遮(zhe)擋(dang)時(shi)，開(kai)始(shi)掃(sao)描(miao)下(xia)一(yi)對(dui)管(guan)子(zi)的(de)脈(mai)衝(chong)個(ge)數(shu)，同(tong)時(shi)開(kai)啟(qi)定(ding)時(shi)器(qi)。延(yan)時(shi)50 μs，pandingjieshouguanjieshoudaodeshifouweimaichong，pandingshifouweimaichongzexuyaopandingyinjiaoshifouweididianping
，ruguoyinjiaoweididianping
，jishuzhiqingling。jishuzhibingbushijishuqidezhi，ershijisuanyanshi50μs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tu6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

紅hong外wai線xian對dui射she管guan方fang法fa，能neng夠gou動dong態tai地di反fan應ying物wu體ti運yun動dong經jing過guo紅hong外wai對dui管guan時shi的de即ji時shi速su度du和he階jie段duan加jia速su度du。紅hong外wai線xian在zai速su度du測ce量liang中zhong的de應ying用yong，可ke以yi作zuo為wei其qi他ta設she備bei或huo者zhe係xi統tong的de技ji術shu支zhi持chi，為wei後hou續xu的de設she備bei校xiao準zhun和he分fen析xi提ti供gong數shu據ju準zhun備bei。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
、chulidanyuanyijirenjijiaohudanyuan

，shiheyuxiaoxingqiyeheyanjiusuo。hongwaixianduisheguangongyishang，buxuyaoyangedeguanziduishebiaozhun，hongwaixianduisheguanjianjujiagonglveyoupianchabuyingxiangceliangjingduhehongwaixianduisheguandaotong。