红外光电探测器的设计

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2. 单通道红外遥控电路 在不需要多路控制的应用场合，可以使用由常规集成电路组成的单通道红外遥控 电路。这种遥控电路不需要使用较贵的专用编译码器，因此成本较低。 单通道红外遥控发射电路如图1所示。在发射电路中使用了一片高速CMOS型四重 二输入“与非”门74HC00。其中“与非”门3、4组成载波振荡器，振荡频率f0调在 38kHz左右；“与非”门1、2组成低频振荡器，振荡频率f1不必精确调整。f1 对f0进 行调制，所以从“与非”门4输出的波形是断续的载波，这也是经红外发光二极管传送 的波形。几个关键点的波形如图2所示，图中B′波形是A点不加调制波形而直接接高电 平时B点输出的波形。由图2可以看出，当A点波形为高电平时，红外发光二极管发射 载波；当A点波形为低电平时，红外发光二极管不发射载波。这一停一发的频率就是低 频振荡器频率f1。 在红外发射电路中为什么不采用价格低廉的低速CMOS四重二输入 “与非”门CD4011，而采用价格较高的74HC00呢？主要是由于电源电压的限制。 红外发射器的外壳有多种多样，但电源一般都设计成3V，使用两节5号或7号电池作电 源。虽然CD4011的标称工作电压为3～18V，但却是对处理数字信号而言的。因为这 里CMOS“与非”门是用作振荡产生方波信号的，即模拟应用，所以它的工作电压至少 要4.5V才行，否则不易起振，影响使用。而74HC系列的CMOS数字集成电路最低工 作电压为2V，所以使用3V电源便“得心应手”了。74HC00的引脚功能如
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选频声控开关 此声控开关可由一特定音调的(500到2000Hz)声音来控制任一电器的开或关。 由于它有一定的选频作用，故误动作的机率小。 电路设计为用音频电信号(达100mV)来控制，其控制信号源可以是电话、收音 机、电唱机、录音机，从其中适当点用屏蔽线引来。如果想用声波遥控，加一个驻 极体话筒和一级前置放大即可。 本装置的电路如图16所示。它的中心器件是一块拾音集成电路LM567，以及一 个50mA的继电器。 一定音调的音频信号加至LM567的输入端(3脚)后，经内电路的放大、选频等 处理，在其输出端8脚输出低电平(没有输入信号时为高电平)。这时，与其相接的一 个PNP管(2N3906)导通，使接在集电极电路中的继电器吸动，从而以其接点去控 制被控电器。若用以开机，则使用继电器的常开、动合接点；若用来关机，则应采 用常合、动开式接点。 响应频率决定于接于第5、6脚的电位器和电容器的值，故调整10kΩ电位器可 调节其响应频率。本机可接收的音频范围为500～2000Hz。 二极管1N4001用以保护晶体三极管。2N3906可以用其它任何型号的中、小 功率PNP硅管代替。
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图4为红外接收解调控制电路。图中，IC1是LM567。LM567是一片锁相环电路， 采用8脚双列直插塑封。其⑤、⑥脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心 频率f2，f2≈1/1.1RC。其①、②脚通常分别通过一电容器接地，形成输出滤波网络 和环路单级低通滤波网络。②脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大， 环路带宽越窄。①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍。③脚是输入端，要求 输入信号≥25mV。⑧脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最 大灌电流为100mA。LM567的工作电压为4.75～9V，工作频率从直流到500kHz， 静态工作电流约8mA。LM567的内部电路及详细工作过程非常复杂，这里仅将其基 本功能概述如下：当LM567的③脚输入幅度≥25mV、频率在其带宽内的信号时， ⑧脚由高电平变成低电平，②脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的② 脚输入音频信号，则在⑤脚输出受②脚输入调制信号调制的调频方波信号。在图4的 电路中我们仅利用了LM567接收到相同频率的载波信号后⑧脚电压由高变低这一特 性，来形成对控制对象的控制。
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弄清了LM567的基本工作原理和功能后，再来分析图4电路便非常简单了。IC1是红 外接收头，它接收发射器发出的红外信号，其中心频率与发射器载波频率f0相同， 经IC1解调后，在输出端OUT输出频率为f1的方波信号，也就是与图1中A点波形相 同的信号。我们将LM567的中心频率调到与发射器中“与非”门1、2振荡频率相同， 即使f2= f1。则当发射器发射信号时，LM567便开始工作，⑧脚由高电平变为低电 平，利用这个变化的电平便可去控制各种对象。利用图4的电路，我们可以做成遥控 开关，遥控家里的各种家用电器。 实际上，利用图1和图4所示的电路，我们也可以较容易地将其改造成多路遥控 电路。方法是：在发射器（图1）中将电阻R＊变成若干挡不同的数值，由此形成若 干种频率不同的调制信号；在接收电路中，设置若干只LM567，其输入均来自红外 接收头，各个LM567的振荡频率不同但与发射端一一对应。这样当发射器按压不同 的按钮，接入不同的调制信号时，在接收端对应的LM567的⑧脚的电平就会发生变 化，由此形成多路控制。严格说来，这属于一种频分多路，与数字编译码多路控制 相比，缺点是调试比较复杂。但在有些场合，如在多路报警中，也有其一席之地。 因在报警应用场合中，需要解决两路以上同时报警的问题时，用时分多路存在复杂 的同步问题，在频宽允许的情况下用频分多路则很容易解决。
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用外接电阻20比1频率范围 逻辑兼容输出具有吸收100mA电流吸收能力。 可调带宽从0%至14% 宽信号输出与噪声的高抑制 对假信号抗干扰 高稳定的中心频率 中心频率调节从0.01Hz到500kHz 电源电压5V--15V，推荐使用8V。 应用举例：输入端接104电容，输出端接上拉电阻10K，C1、C2为1uF。 R1、C1决定振荡频率，一般C1为104电容，R1为10K--200K。电源电压为 8V。
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3.3红外光电探测器在静电对靶喷雾中的应用 摘 要：详细介绍了红外光电探测器，以及用红外光电探测器探测棉花的位置，实现 对靶喷雾的设计。 农业是国民经济的基础，先进的植保技术是农业生产丰收的保障，现代植物病虫害 防治仍然以化学药剂防治为主，我国常规施药方法和施药器械落后，大量农药流失到水 体、土壤和大气中，农药的利用率低，防治成本高，并造成严重的环境污染，对某些害 虫防治效果欠佳，先进的施药方法和施药器械的研究与开发对我国农业的持续发展,降低 生产成本,特别是保护环境具有重要的作用。对靶喷雾是新近发展起来的高效低污染施药 新技术，AGTECH公司研制的“Tree-sense”智能喷雾器采用了“沙漠风暴”中使用的 探测敌人坦克的三维图像传感器，它能够根据作物的距离、形状进行有效喷雾;DURAND WAYLAND公司的“Smart Spray”喷雾器、“Tree-see”喷雾器使用了先进的声纳系统 来进行目标的准确定位，这些装置精度高，但价格昂贵。根据我国国情，我们设计了红 外光电探测器来进行目标的探测，并结合高压静电使雾滴带电，带电的雾滴作定向运动 飞向植株，最后吸附在植株上，其命中率显著提高。这种红外探测器研制成本低、灵敏 度高、体积小，加上与静电结合，就会达到与上述系统基本相同的效果。 设计思路 本文主要讲述红外光电探测器的研制。红外线是一种不可见光，采用专用的红外发 射管和接收管，可以有效地防止周围可见光的干扰，进行无接触探测，不损伤被测物体。 该探测器安装在电动小车上。红外对靶喷雾主要用在棉花的幼苗期和生长期间，当棉花 处于幼苗期时，棉苗分散，对靶容易。当处于生长期时，棉花的茎部有一定的高度，此 时采用红外线照射茎部，通过反射，确定目标。考虑到棉农十分注重田间管理，棉田杂 草很少，所以红外光电探测器受到的干扰很小，可以忽略。
567为通用音调译码器，当输入信号于通带内时提供饱和晶体管对地开关，电路由I 与Q检波器构成，由电压控制振荡器驱动振荡器确定译码器中心频率。用外接元件独 立设定中心频率带宽和输出延迟。 主要用于振荡、调制、解调、和遥控编、译码电路。如电力线载波通信，对讲机 亚音频译码，遥控等。
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(图2)为接收电路，结型场效应VT1构成高输入阻抗放大器，能够很好地与超声接收器 件B相匹配，可获得较高接收灵敏度及选频特性。VT1采用自给偏压方式，改变R3即 可改变VT1的表态工作点，超声接收器件B将接收到的超声波转换为相应的电信号， 经VT1和VT2两极放大后，再经VD1和VD2进行半波整流变为直流信号，由C3积分后 作用于VT3和基极，使VT3由截止变为导通，其集电极输出负脉冲，触发器JK触发D， 使其翻转。JK触发器Q端的电平直接驱动继电器K，使K吸合或释放。由继电器K的触 点控制电路的开关。 二、元件选用 发射电路中，VT1和VT2用CS9013或CS9014等小功率晶体管，≥100。超声发 射器件用SE05—40T，电源GB采用一块9V叠层电池,以减小发射器体积和重量。 接收电路中，VT1和3DJ6或是3DJ7等小功率结型场效应晶体管。VT2~ VT3用 CS9013，≥100。VD1和VD2用IN4148。JK触发器263B。超声接收器件用 SE05—40R，与SE05—40T配对使用。继电器K用HG4310型。
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VT2和VT3构成直接耦合正反馈振荡电路，B为40KHz超声发射器件，并兼振荡电路 反馈先频元件。因此，此电路可准确地振荡于超声发射器件的中心频率40KHZ。 VT1和R2、C1组成500ms延时电路。R1、VD1是C1的放电通路，当按下发射键S 时，VT2构成的振荡电路工作，发出超声波，同时，电源通过R2向C1充电，当C1 上的电位充到1.4V时(约经过500ms),VT1导通,VT2基极以及VT3集电极电位下降 为0.3V左右,振荡器停止工作,当松开发射键S时,C1通过VD1和R1迅速放电,为下一 次发射作好准备.VD3和R4构成发射指示电路,当按发射键时,VD3发光。 (图4)为接收电路。CMOS非门D1~ D3由R1偏置为线性放大器，总增益可达60bB 以上，由于CMOS电路的输入阻抗较高，故能够很好与超声接收器件匹配。放大后 的信号由C1耦合给锁相环译码器LM567的输入端3脚。当输入信号的频率落在其中 心频率上时，LM567的逻辑输出端8脚由高电平变为低电平。
天津市红星职业中等专业学校
Tianjin Hongxing Vocational Secondary School
电子技能与实训
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制作老师：李光彩
全国职业教育电子与信息技术专业数字化资源共建共享
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1. 通用音调译码器集成电路LM567的原理及应用
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3.超声波遥控电路 3.1、超声波遥控电灯开关 这种遥控开关，电路简单，且免调试，非常适合初学者制作。 一、工作原理 为发射电路。电路采用分立器件构成，VT1和VT2以及R1~ R4、C1、C2构成自 激多谐振荡器，超声发射器件B被联接在VT1和VT2的集电极回路中，以推挽形式工作， 回路时间常由R1、C1和R4、C2确定。超声发射器件B的共振频率使多谐振荡电路触 发。因此，本电路可工作在最佳频率上。
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3.2超声波遥控电扇变速器 一、工作原理 (图3)为发射电路。它采用的是国产蝙蝠牌FS—A5A型电风扇的遥控发射器。这 种发射器具有体积小、耗电省、工作可靠、电路简单等特点。在使用时，每按一 下发射键，发射器发出约为500ms的40KHZ的超声波。发射电路的工作原理如 下。