红外传感器制作

2.3设计框图

本次设计是基于STC89C52单片机的电动机保护装置，包括稳压模块、按键控制、红外发射接收模块、模数转换、电机部分。

图2.1 电机保护装置的总体框图

稳压模块[2]是经变压器、滤波、稳压后输出电压5V ，为整个电路提供电源。按键控制根据设计需要设置工作模式和调节安全距离所用，主要用于控制整个装置的操作。模数转换是整个电路的桥梁，主要把模拟量转换为数字量。本设计的电机部分是由LED 模拟电动机的工作和停止的。

模数转换 MCU

信号处理 稳压模块

按键控制

电 机 红外发射 接收模块

3 主要器件介绍及工作原理

3.1红外传感器的简介

红外技术是最近几十年中发展起来的一门新兴技术。它已在科技、国防和工

农业生产等领域获得广泛的应用。红外传感器的应用主要体现在以下几个方面：

1、红外辐射计：用于辐射和光谱辐射测量。

2、搜索和跟踪系统：用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对其运动进行跟踪。

3、热成像系统：能形成整个目标的红外辐射分布图像。

4、红外测距系统：实现物体间距离的测量。

5、通讯系统：红外线通信作为无线通信的一种方式。

6、混合系统：是指以上各类系统中的两个或多个的组合。

3.1.1 红外对管测距原理

红外线测距是利用红外光来传送光波信号，因此，作为红外测距中的红外光发射器件的红外发光二极管和红外光接收器件的红外光敏管，是构成红外测距系统的基本器件。如图3.1所示是红外对管的实物图。

图3.1 红外对管实物图

传感器的探测距离较短，一般在几十厘米之内，而这个测距范围是能够满足设计方

案要求的。红外传感器的测距基本原理为红外发射电路的红外发光管发出红外光，经障碍物反射后，由红外接收电路的光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据发射光的强弱可以判断物体的距离，由于接收管接收的光强随是随反射物体的距离变化而变化的，因而，距离近则反射光强，距离远则反射光弱。

因为红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此，它不仅具有可见光直线传播、反射、折射等特性，还具有微波的某些特性，如较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。红外传感器包括红外发射器件和红外接收器件。自然界的所有物体只要温度高于绝对零度都会辐射红外线，因而，红外传感器须具有更强的发射和接收能力。3.1.2 红外线发射器件的结构

红外线发射器件是最长用的为红外发光二极管，它与普通发光二极管的结构原理以及制作工艺基本相同，是只有一个PN结的半导体器件，只是所有的材料不同，制造红外发光二极管砷化钾，砷铝钾等，其中应用最多的是砷化钾。红外发光二极管一般采用环氧树脂，玻璃，塑料等封装，除白色透明材料封装外，还可见到用蓝色透明材料封装的，。红外发光二极管按发光功率的大小，可分为小功率，中功率，大功率三种。另外，红外发光二极管除顶面发光型外，还有侧面发光型。小功率管一般采用全塑封装，也有部分是采用陶瓷底座，顶端用玻璃或环氧树脂透镜封装的，中大功率管一般采用带螺纹金属底座，以便安装散热片。随着发光功率得提高，相应体积的管子也增大。

3.1.3 红外发光二极管测试方法

红外发光二极管测试方法[3]非常简单，用万用表RX1K档测量，正向电阻在30KΩ左右，反向电阻在200KΩ以上的管子是好的。反向电阻越大，漏电流越小，质量越好。反之，若反向电阻只有几十KΩ，说明管子质量不好，但可使用。若管子的正向的反向电阻都为无穷大或为零，说明管子是废品，不能使用。

3.2 模数转换芯片

3.2.1 TLC2543的简介

TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，如图所示TLC2543的引脚图，其使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程[4]。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。如表3.1

TLC2543 引脚功能，TLC2543的特点如下：

1、12位分辩率A/D转换器；

2、在工作温度范围内10μs转换时间；

3、11个模拟输入通道；

4、3路内置自测试方式；

5、采样率为66kbps；

6、线性误差±1LSBmax；

7、有转换结束输出EOC；

8、具有单、双极性输出；

9、可编程的MSB或LSB前导；

10、可编程输出数据长度。

表3.1 TLC2543 引脚功能

引脚号名称I/O说明

1~9，11,12AIN0~AIN10I

模拟量输入端。11路输入信号由内部多路

器选通。

15CS I 片选端口。在CS端由高变低时，内部计数器复位。由低变高时，在设定时间内禁止DATAINPUT和I/O CLOCK

17DATANPUT I串行数据输入端。

16DATAOUT O

A/D转换结果的三态串行输出端。CS。为

高时处于高阻态，为低电平时为激活态19EOC O转换结束端，在转换结束后为高电平

图3.2 TLC2543引脚图

3.2.2 工作时序

TLC2543 每次转换和数据传送使用16 个时钟周期，且在每次传送周期之间插入/ CS 时序如图3.3所示。在TLC2543的/ CS 变低时开始转换和传送过程, I/ O CLOCK 的前8 个上升沿将8 个输入数据位键入输入数据寄存器，同时，将前一次转换的数据的其余11 位移出DATAOU T 端，在I/ O CLOCK 下降沿时数据变化。当CS 为高时， I/ O CLOCK 和DATA INPU T 被禁止，DA2TA OU T 为高阻态。

3.2.3 数据输入格式

数据寄存器的前4 位(D7～D4) 数据[4]，当其为0000到1010 间的数据时，代表选中11个模拟通道的某一个通道[5]1011到1110代表分别选中测试电压(Vref-+ Vref +)

访问周期 采样周期

转换数据 高阻状态

移入新的器件地

址，移出转换值 B15

C7

A/D 转换时间

图3.3 TLC2543的时序图