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。外wai界jie光guang源yuan的de幹gan擾rao成cheng為wei紅hong外wai線xian應ying用yong於yu野ye外wai的de瓶ping頸jing。針zhen對dui此ci問wen題ti，這zhe裏li提ti出chu一yi種zhong紅hong外wai線xian測ce速su傳chuan感gan器qi設she計ji方fang案an
，該gai設she計ji方fang案an能neng夠gou為wei多duo點dian測ce量liang即ji時shi速su度du和he階jie段duan加jia速su度du提ti供gong技ji術shu支zhi持chi
，可ke應ying用yong於yu公gong路lu測ce速su和he生sheng產chan線xian下xia料liao的de速su度du稱cheng量liang等deng工gong業ye生sheng產chan中zhong需xu要yao測ce量liang速su度du的de環huan節jie。

1 紅外測速傳感器概述

hongwaixianduisheguandequdongfenweidianpingxinghemaichongxingliangzhongqudongfangshi，benxitongzhonghongwaichuanganqixuanyongmaichongxingqudongfangshi。youhongwaixianduisheguanzhenliezuchengfenlixingguangdianchuanganqi。gaichuanganqidechuangxindianzaiyunenggoudikangwaijiedeqiangguangganrao。taiyangguangzhonghanyouduihongwaixianjieshouguanchanshengganraodehongwaixian
，gaiguangxiannenggoujianghongwaixianjieshouerjiguandaotong


，shixitongchanshengwupan，shenzhidaozhizhenggexitongtanhuan。benchuanganqideyoudianzaiyunenggoushezhiduodiancaiji，duisheguanzhenliedejianjuhezhenlieshuliangkegenjuxuqiuxuanqu。

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(chu)38 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。當(dang)有(you)物(wu)體(ti)遮(zhe)擋(dang)紅(hong)外(wai)線(xian)對(dui)射(she)管(guan)時(shi)，發(fa)射(she)源(yuan)被(bei)遮(zhe)擋(dang)

，紅(hong)外(wai)線(xian)接(jie)收(shou)管(guan)無(wu)法(fa)導(dao)通(tong)，輸(shu)出(chu)高(gao)電(dian)平(ping)。由(you)此(ci)可(ke)以(yi)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)。紅(hong)外(wai)線(xian)接(jie)收(shou)管(guan)導(dao)通(tong)時(shi)的(de)輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)如(ru)圖(tu)4所示。

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當dang紅hong外wai線xian接jie收shou管guan被bei正zheng麵mian遮zhe擋dang時shi，周zhou圍wei障zhang礙ai物wu體ti反fan射she由you紅hong外wai線xian發fa射she管guan發fa出chu的de紅hong外wai線xian。此ci時shi微wei弱ruo的de信xin號hao會hui隨sui著zhe紅hong外wai線xian接jie收shou管guan內nei部bu自zi動dong增zeng益yi控kong製zhi調tiao節jie到dao最zui大da而er產chan生sheng方fang波bo波bo形xing
，對dui紅hong外wai線xian接jie收shou管guan造zao成cheng幹gan擾rao。幹gan擾rao使shi采cai集ji到dao的de信xin號hao複fu雜za，需xu要yao采cai用yong濾lv波bo手shou段duan將jiang雜za波bo幹gan擾rao濾lv除chu。經jing過guo分fen析xi和he示shi波bo器qi觀guan察cha
，雜za波bo的de頻pin率lv大da於yu1 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 kHzdezabolvdiao。youcishuchudeboxingweihongwaixianjieshouguandaotongheweidaotongliangzhongzhuangtaixiadexinhao，weichanzaganrao，jiaorongyiqufen
，keyigenjutedianbianxiesuanfa，panduanshifouyouwuticonghongwaixianduisheguanzhongjiantongguo。

3 紅外線測速傳感器軟件設計

kongzhiruanjianxuyaobaozhenghongwaixianduisheguanyiduiyigongzuo
，qieduixinhaocaijichuli，duicaijidexinhaobianxiesuanfachengxu，wanchengduiwutishifouzhedanghongwaixianduisheguandepanding

，jifenbianhongwaixianjieshouguanshifoubeidaotong。tongguodanpianjineibujishuqijiqumaichonggeshu，keyijiangwutizhedangmougehongwaixianjieshouguandeshijianjiluxialai。chengxuliuchengrutu5(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，danpianjikaishiduquqitajieshouguanzhuangtai
，tongshiqidongdingshiqi
，xiayiduihongwaixianduisheguandejieshouguanbeizhedangtingzhijishi。hongwaixianfasheguananshunxuyicifashehongwaixian
，chulidanyuanyiciduquhongwaixianjieshouguanzhuangtai，keyifangzhiniaohuorenwuyizhedangyinqidewupanxianxiang。panduanyouwutizhedangdechengxusixiangweipanduan1 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 msyishang。hongwaixianjieshouguanshuchuzhuangtaishifouweigaodianping，keyipanduanshifouyouwutizhedang。danganshunxusaomiaodeqianyiduihongwaixianduiguanbeipandingzhedangshi，kaishisaomiaoxiayiduiguanzidemaichonggeshu
，tongshikaiqidingshiqi。yanshi50 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

hongwaixianduisheguanfangfa，nenggoudongtaidifanyingwutiyundongjingguohongwaiduiguanshidejishisuduhejieduanjiasudu。hongwaixianzaisuduceliangzhongdeyingyong，keyizuoweiqitashebeihuozhexitongdejishuzhichi，weihouxudeshebeixiaozhunhefenxitigongshujuzhunbei。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。