紅外傳感器在速度測(cè)量中的應(yīng)用

紅外線技術(shù)在測(cè)速系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，許多產(chǎn)品已運(yùn)用紅外線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛測(cè)速、探測(cè)等研究。紅外線應(yīng)用速度測(cè)量領(lǐng)域時(shí)，最難克服的是受強(qiáng)太陽光等多種含有紅外線的光源干擾。外界光源的干擾成為紅外線應(yīng)用于野外的瓶頸。針對(duì)此問題，這里提出一種紅外線測(cè)速傳感器設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)方案能夠?yàn)槎帱c(diǎn)測(cè)量即時(shí)速度和階段加速度提供技術(shù)支持，可應(yīng)用于公路測(cè)速和生產(chǎn)線下料的速度稱量等工業(yè)生產(chǎn)中需要測(cè)量速度的環(huán)節(jié)。

1 紅外測(cè)速傳感器概述
紅外線對(duì)射管的驅(qū)動(dòng)分為電平型和脈沖型兩種驅(qū)動(dòng)方式，本系統(tǒng)中紅外傳感器選用脈沖型驅(qū)動(dòng)方式。由紅外線對(duì)射管陣列組成分離型光電傳感器。該傳感器的創(chuàng)新點(diǎn)在于能夠抵抗外界的強(qiáng)光干擾。太陽光中含有對(duì)紅外線接收管產(chǎn)生干擾的紅外線，該光線能夠?qū)⒓t外線接收二極管導(dǎo)通，使系統(tǒng)產(chǎn)生誤判，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。本傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于能夠設(shè)置多點(diǎn)采集，對(duì)射管陣列的間距和陣列數(shù)量可根據(jù)需求選取。

2 紅外線測(cè)速傳感器硬件設(shè)計(jì)
2．1 紅外線發(fā)射管電路設(shè)計(jì)
發(fā)射管選取SIR204-A型發(fā)射管，該紅外線二極管驅(qū)動(dòng)電流范嗣為20～100 mA，其正向?qū)▔航禐?．3～1．5 V，發(fā)出紅外線光波長(zhǎng)范圍約為835～930 nm，發(fā)射角度為30°，直射時(shí)紅外線光強(qiáng)度最大。發(fā)射管驅(qū)動(dòng)電壓采用脈沖電壓，38 kHz載波頻率，發(fā)送時(shí)長(zhǎng)為280 μs，占空比為1／2的方波，發(fā)送間隔為720 μs。載波脈沖需要與紅外線接收管的型號(hào)相匹配。紅外發(fā)射管能夠匹配光電晶體管、光敏二極管和紅外接收器模塊，紅外傳感器的接收部分選擇了帶有放大和濾波功能的紅外線接收二極管。發(fā)射部分的設(shè)計(jì)需要考慮到接收部分的制約。經(jīng)過驗(yàn)證調(diào)制脈沖驅(qū)動(dòng)電流能夠匹配紅外線接收管，將紅外線接收管導(dǎo)通。驅(qū)動(dòng)發(fā)射管PWM的波形如圖l所示。

圖2是紅外線發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)電路圖。脈沖信號(hào)由R29處輸入，通過NPN型三極管，從而控制紅外發(fā)射管VD3的通斷情況，本電路中單個(gè)紅外管驅(qū)動(dòng)電流選擇值約為20 mA。由于NPN型三極管驅(qū)動(dòng)電流低于20 mA，需在電路中加入P-mos管增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。R18和R29的電阻值需要匹配，若2個(gè)電阻匹配不佳，會(huì)造成驅(qū)動(dòng)脈沖波形毛刺較多，使二極管導(dǎo)通能力減弱，導(dǎo)通時(shí)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(fā)射管的驅(qū)動(dòng)不穩(wěn)定，會(huì)造成接收判斷失效，驅(qū)動(dòng)電路的配置要根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行匹配。
2．2 紅外線接收管電路設(shè)計(jì)
紅外線接收管內(nèi)部電路如圖3所示，紅外線接收二極管內(nèi)部電路將導(dǎo)通后微弱脈沖信號(hào)放大、濾波整形，輸出單片機(jī)可以識(shí)別的方波脈沖信號(hào)。該類型紅外線接收管導(dǎo)通波長(zhǎng)范圍約為850～1 050 nm，紅外線發(fā)射管發(fā)射波長(zhǎng)約為875 nm，能夠滿足紅外線接收管導(dǎo)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(shí)現(xiàn)圖3所示功能。紅外線接收管需要接收38 kHz左右?guī)挼拿}沖波形，接收發(fā)射管只能接收間歇發(fā)射的紅外線，發(fā)射紅外線過于密集，接收管無法導(dǎo)通，需要予以注意。紅外線發(fā)射管發(fā)出38 kHz載波，將紅外線接收管導(dǎo)通。該波形頻率為1 kHz，周期內(nèi)高電平時(shí)間720μs，低電平時(shí)間280μs。當(dāng)有物體遮擋紅外線對(duì)射管時(shí)，發(fā)射源被遮擋，紅外線接收管無法導(dǎo)通，輸出高電平。由此可以判斷是否有物體從紅外線對(duì)射管中間通過。紅外線接收管導(dǎo)通時(shí)的輸出波形如圖4所示。