1、第五章：红外遥控器5.1 红外线的概念与特征n基本概念 5.1 红外线的概念与特征n基本特性温度大于绝对0度的物体，均向外辐射红外线光热效应。（被红外线照射可使物体发热，如红外线照射可促进血液循环）红外线波长介于可见光与微波之间，近红外线有可见光传播特性，直线，反射，折射。远红外有微波特点，能穿透部分不透明物质。n红外线应用红外线摄像（如：小区夜晚红外摄像头）红外检测（如：视频小车）热释电红外探测（如：红外感应灯，红外制导）。5.2 红外传感器n功能:红外线 电压n分类：主动型（光探测型）：红外发射传感器,接收传感器成对使用。被动型（热探测型）：热源(红外源)热释电红外传感器 电压。光探测型（
2、主动）光探测型（主动）热探测型（被动）热探测型（被动）P775.2 红外传感器 一、红外发光二极管n分类：砷化镓GaAs LED：发光效率10%-20%，高于可见光LED.铝化镓GaAlAs LED:发光效率接近20%，高于GaAs LED,价格较贵 激光二极管LD(Laser Diod):方向性好，能量集中，昂贵，寿命短。注:LED是Light Emitting Diode的缩写，即发光二极管 IR是Infra-Red的缩写，即红外n封装：玻璃或树脂透镜窗口+金属或陶瓷底座5.2 红外传感器 一、红外发光二极管n基本特性红外波长：遥控用红外LED,波长在0.9-1.0微米之间，属近红外。伏安
3、特性（压流关系）：类同与普通二极管，单向导电性。输出特性：电流与发出红外光功率关系。说明：小电流时，输出红外线功率与电流成正比，大电流时，输出红外线功率为饱和值。5.2 红外传感器 一、红外发光二极管n基本特性指向特性球面透镜(辐射角小)平面透镜(辐射角大)n主要参数工作电流工作电流IF:允许的长时正常工作直流电流，若长时大于此值，将发热损坏。小功率管为30-50毫安。峰值电流峰值电流IFP:允许的瞬时电压最大值，一般为600毫安以上。Pm与与Po:Pm是二极管消耗的功率,Po是发出红外光的功率，效率低于20%。峰值波长峰值波长:发出连续谱的红外光，光强最大的红外光的波长为峰值波长，一般为90
4、0nm.反相漏电流反相漏电流IR：红外发光二极管反向未被击穿时反向电流。响应时间响应时间Tw:微秒级。5.2 红外传感器 一、红外发光二极管P79n基本驱动方式-直流恒流驱动5.2 红外传感器 一、红外发光二极管简单直流驱动恒流源驱动P80注意：1）峰值电流越大，则峰值功率越大，则发射距离发射距离越远。2）为使LED不因发热损坏，峰值电流越大，方波占空比占空比应越小。3）方波可表示0、1序列,故可编码编码，电视机遥控不同按键发不同编码。n基本驱动方式-脉冲驱动（P81 图5-7）5.2 红外传感器 一、红外发光二极管odFPFTTI/IP81n红外发光二极管的应用5.2 红外传感器 一、红外发
5、光二极管P82n原理：半导体的光电效应：光照射-光电流n外形：透明玻璃外壳+底座5.2 红外传感器 二、光电二极管P83n基本特性伏安特性5.2 红外传感器 二、光电二极管 在反偏状态下，受光照射时导通，该电流称为光电流，光照强度越大，光电流越大。数量级：微安级，几十微安。光谱响应特性光谱范围：400-1100纳米。峰值波长：880-900纳米。P83n基本特性光照特性5.2 红外传感器 二、光电二极管 在反偏反偏状态下，反偏电压大于某临界值时，光生电流与光照强度呈线性关系与光照强度呈线性关系，而与电压几乎无关。P84n基本应用5.2 红外传感器 二、光电二极管P85注：1)为保证光强与光电流
6、呈线性关系，反向电压应大于大于5V5V.2)左图中Rb，Rc不宜过大，否则退化为开关电路。光电流放大光开关电路n光电三极管5.2 红外传感器 三、光电三极管P87模型：光电二极管并联晶体三极管。光电流是毫安级毫安级（二极管是微安级）。外观：只引出C极和E极，与光电二极管一样。为滤除可见光，常采用黑色树脂封装，球形封装的作用是聚光。n光电三极管组成的电路5.2 红外传感器 三、光电三极管P89（a）光电开关（b）光电放大5.3 红外专用接收集成电路n从红外电视机遥控器说起：静音键100011编码对40KHz矩形波调制毫秒级100011驱动红外LED发出红外光微秒级，小占空比P895.3 红外专用
7、接收集成电路nCX20196A功能：解调设定频率的红外脉冲。100011CX2019A100011CX2019A解码静音命令P895.3 红外专用接收集成电路P90放大放大：自适应放大倍数：自适应放大倍数限幅：限幅：消除寄生调幅分量消除寄生调幅分量带通滤波带通滤波：中心频率由中心频率由5 5脚脚外接电阻确定。外接电阻确定。检波检波:提取包络提取包络积分积分:平滑平滑整形输出整形输出：输出高低电平：输出高低电平表示的表示的0 0、1 1脉冲。脉冲。5.3 红外专用接收集成电路P901 1脚脚：光电信号输入：光电信号输入5 5脚：脚：电阻确定载波脉冲频率电阻确定载波脉冲频率7 7脚脚：输出解调波：
8、输出解调波其他脚其他脚:固定接法固定接法一、红外线遥控的基本概念二、红外线遥控的特性三、红外线遥控的基本原理5.4 红外线遥控的基本原理指令按键信号产生调制讨论问题：能够区分多个按键区分多个按键的红外遥控原理驱动电路红外发射红外接收前置放大解调执行环节执行电路记忆驱动调制调制方式：二进制脉冲幅度调制（方式：二进制脉冲幅度调制（PAM Pulse Amplitude Modulation）脉冲频率调制脉冲频率调制n频分制与码分制5.4 红外线遥控的基本原理频分制：不同频率代表不同命令频分制：不同频率代表不同命令频率为频率为F1的方波发生器的方波发生器频率为频率为F2的方波发生器的方波发生器。频率
9、为频率为F3的方波发生器的方波发生器。频率为频率为F3的方波发生器的方波发生器驱动电路驱动电路红外发射红外发射P93n频分制与码分制5.4 红外线遥控的基本原理码分制：按键编码后再进行二进制调幅。码分制：按键编码后再进行二进制调幅。（注意这里的码分制不是码分复用（注意这里的码分制不是码分复用CDMA的概念）的概念）P93指令按键指令编码振幅调制驱动放大红外发射红外接收前置放大解调电路指令解码记忆驱动执行环节被控对象指令编码：首部标示指令编码：首部标示+指令信息指令信息+尾部标识，编尾部标识，编/解码有专用解码有专用IC:PT2262/PT272。振幅调制：将振幅调制：将0，1编码转换成载波脉冲
10、的有无，振幅解调有专用编码转换成载波脉冲的有无，振幅解调有专用IC:CX20196等。等。5.4 红外线遥控的基本原理四、常用红外光发射电路讨论问题：讨论问题：如何产生红外脉冲。如何产生红外脉冲。思考思考:为何要产生红外脉冲为何要产生红外脉冲?画出画出VcVc及及Pin3Pin3的波形的波形。P94工作原理：工作原理：令C1电压=0-S=1-pin3=“1”,Pin7 内悬空-C1通过R1+R2充电-C1充电到0.66Vcc时，R=1,Pin3=“0”,Pin7内接地-C1通过R2放电。放到0.33Vcc时，S=1,Pin3=“1”;Pin7内悬空-C1通过R1+R2充电VT1/VT2VT1/
11、VT2部分分析：部分分析：书上有错，Pin3输出”1“，VT1饱和导通，VT2截止。反之VT2导通。LED1在SA闭合时候恒亮（高频率的亮灭交替）。参数计算：参数计算：Pin3高电平持续TH=0.69（R1+R2）C1 低电平持续TL=0.69R2*C1 问:T,红外脉冲占空比？如何获得红外窄脉冲（高占空比）。2.多谐振荡红外光发射电路（分立元件，成本低）3.集成振荡红外光发射电路5.4 红外线遥控的基本原理四、常用红外光发射电路P95abcden各各ICIC均为反相器，集成均为反相器，集成在在CD4069CD4069中中n令电容的初始电压为令电容的初始电压为0 0，C C点初始点电压为点初始
12、点电压为0 0，试绘出，试绘出a,ea,e的电压波形。的电压波形。n脉冲周期：脉冲周期：2.2(R2+Rp)C2.2(R2+Rp)C5.7 红外遥控器的应用举例一、单通道红外线遥控电路P102-103(1)两个振荡电路，红外接收头，两个振荡电路，红外接收头，LM567作用。作用。(2)通读分析（通读分析（P102-P103）(3)思考回答思考回答:LM567 3脚及脚及8脚波形脚波形？F2=1/1.1RC正比于频率捕捉范围正比于频率捕捉范围38KHz一体化红外接收头一体化红外接收头补充：RC电路充电时间 电路中的电容原来未充电，电路中的电容原来未充电，u uC C(0(0-)=0)=0。t t
13、=0=0时开时开关闭合，求解此电路：关闭合，求解此电路：思路：电路已经是最简式，直接列微分方程求电容电压变化。)(Cptu(1)微分方程：SCCddUutuRC(2)非齐次方程解的结构：)()()(CpChCtututu)(Chtu为齐次解（对应齐次方程0ddCC utuRC的解）为特解（一个满足非齐次方程SCCddUutuRC注：特解一般具有与输入激励函数相同的模式补充：RC电路充电时间)(Chtu0ddCC utuRC，解方程：stKtue)(Ch令：解得：)0(e)(ChtKtuRCtp求齐次解p求特解)(Cptu代入方程：令：Qtu)(CpSCCddUutuRC解得：SCp)(UQtu
14、补充：RC电路充电时间S CpChCe)()()(UKtututuRCt故：式中的常数式中的常数K由什么确定？由什么确定？Answer:Answer:初始条件初始条件0)0(SCUKuSUK)e1()(SCRCtUtu所以：)0(t进一步可求得：)0(eedd)(S SCCtRURUtuCtitRCt补充：RC电路充电时间补充：RC电路充电时间)e1()(SCRCtUtuRCtRUtuCti SCCedd)(思考：从上图看充电时间应该是思考：从上图看充电时间应该是4RC,为什么我们的系数有时候是为什么我们的系数有时候是0.69，有时候是有时候是2.2？答：有的充电从答：有的充电从0.33Vcc
15、0.66Vcc(0.69)有的充电从逻辑低电平到逻有的充电从逻辑低电平到逻辑高电平（辑高电平（2.2）5.7 红外遥控器的应用举例二、家用多路红外遥控器104LC2190LC2190功能：功能：集编码及集编码及调制为一体。调制为一体。思考：思考：编码的概念编码的概念（爆（爆破），破），对什么编码？调对什么编码？调制的概念？制的概念？RP,C2:RP,C2:载波频率控制，载波频率控制，一般为一般为38KHz38KHz。S1,S2:S1,S2:连续发射，单次连续发射，单次发射的概念？发射的概念？5.7 红外遥控器的应用举例二、家用多路红外遥控器104电源电路电源电路解调电路解调电路译码电路译码电路
16、说明：说明：VT2发射极画反了。发射极画反了。5.7 红外遥控器的应用举例五、卫生间湿手烘干器109请同学分析：请同学分析：提示提示GTGT外特性外特性5.7 红外遥控器的应用举例补充实例红外反射式自来水龙头n视频引例n热体红外辐射规律：热体 温度越高，辐射的红外线频率越高。n热释电红外传感原理:5.8 热释电红外传感器一、热释电红外传感器的工作原理极化体极化体捕获的电荷捕获的电荷原理：原理：红外照射红外照射内部极化程内部极化程度变弱度变弱内部电场减弱内部电场减弱表面表面电荷欲电荷欲“逃脱逃脱”，产生对外，产生对外电压电压（热释电效应）（热释电效应）内外电内外电场再平衡场再平衡对外不显电性。对
17、外不显电性。平衡时对外平衡时对外不显电极性不显电极性思考：思考：要不断对外产生电压，要不断对外产生电压，有何要求？有何要求？1105.8 热释电红外传感器二、热释电红外传感器的组成110滤光片：滤光片：通过波长：通过波长：7-147-14微米（人体微米（人体9 9微米）可微米）可见光及其他波长红外被滤除。见光及其他波长红外被滤除。探测元件：探测元件：热释电效应器件热释电效应器件场效应管：场效应管：阻抗匹配，信号放大。阻抗匹配，信号放大。5.8 热释电红外传感器二、菲涅尔透镜功能功能：（1 1）聚焦）聚焦（2 2）形成交替的）形成交替的“盲区盲区”“高灵敏区高灵敏区”，人移动时，人移动时产生产生
18、“红外脉冲红外脉冲”，使传，使传感器持续输出信号。感器持续输出信号。1125.8 热释电红外传感器一种人体活动时的热释电红外检测模块三线引脚：三线引脚：VSS Vdd VSS Vdd 信号线信号线 1-bit 1-bit 输出输出工作电压：工作电压：3.3-5V3.3-5V探测距离：探测距离：6 6米米触发方式跳线可选：触发方式跳线可选：（1 1）人体移动时输出高电平，人体静止输）人体移动时输出高电平，人体静止输出低电平。出低电平。（2 2）人体移动时输出脉冲，人体静止是输人体移动时输出脉冲，人体静止是输出低电平。出低电平。思考：如何设计视频中的人体移动报警器。思考：如何设计视频中的人体移动报警器。单片机单片机 Vs 555Vs 5555.9 热释电红外遥控电路应用举例二.防盗报警电路分析提示：分析提示：ua741ua741理想运放，理想运放，整流，驱动。整流，驱动。第5章复习n红外线特性及其传感器n红外脉冲载波的产生n编码及解码的概念n红外遥控发射器及接收器n热释电红外器件及应用
