發布日期：2022-10-09 點擊率：211
原標題：光電傳感器的工作原理
光電傳感器工作原理（紅外線光電傳感器原理）
光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。
光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發送器、接收器和檢測電路。
發送器對準目標發射光束，發射的光束一般來源于半導體光源，發光二極管(LED)、激光二極管及紅外發射二極管。光束不間斷地發射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。
此外，光電開關的結構元件中還有發射板和光導纖維。
三角反射板是結構牢固的發射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回，具有實用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發射角，使光束幾乎是從一根發射線，經過反射后，還是從這根反射線返回。
分類和工作方式
⑴槽型光電傳感器
一個光發射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側的是槽形光電。發光器能發出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關便動作。輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。
若把發光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大。由一個發光器和一個收光器組成的光電開關就稱為對射分離式光電開關，簡稱對射式光電開關。它的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用時把發光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關控制信號。
⑶反光板型光電開關
把發光器和收光器裝入同一個裝置內，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關。正常情況下，發光器發出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時，光電開關就動作，輸出一個開關控制信號。
⑷擴散反射型光電開關
它的檢測頭里也裝有一個發光器和一個收光器，但前方沒有反光板。正常情況下發光器發出的光收光器是找不到的。當檢測物通過時擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號，輸出一個開關信號。
紅外接收頭工作原理
紅外接收頭一般是接收、放大、解調一體頭，一般紅外信號經接收頭解調后，數據 “0”和“1”的區別通常體現在高低電平的時間長短或信號周期上，單片機解碼時，通常將接收頭輸出腳連接到單片機的外部中斷，結合定時器判斷外部中斷間隔的時間從而獲取數據。重點是找到數據“0”與“1”間的波形差別。
3條腿的紅外接收頭一般是接收、放大、解調一體頭，接收頭輸出的是解調后的數據信號（具體的信號格式，搜“紅外 信號 格式”，一大把），單片機里面需要相應的讀取程序。
紅外通信是利用紅外技術實現兩點間的近距離保密通信和信息轉發。它一般由紅外發射和接收系統兩部分組成。發射系統對一個紅外輻射源進行調制后發射紅外信號，而接收系統用光學裝置和紅外探測器進行接收，就構成紅外通信系統。
先講一講什么是紅外線。我們知道，人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。其中紅光的波長范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長范圍為0.38～0.46μm。比紫光波長還短的光叫紫外線，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線遙控就是利用波長為0.76～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號的。
紅外遙控系統
常用的紅外遙控系統一般分發射和接收兩個部分。發射部分的主要元件為紅外發光二極管。它實際上是一只特殊的發光二極管，由于其內部材料不同于普通發光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發出的是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發光二極管發出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通發光二極管相同，只是顏色不同。紅外發光二極管一般有黑色、深藍、透明三種顏色。判斷紅外發光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣：用萬用表電阻擋量一下紅外發光二極管的正、反向電阻即可。紅外發光二極管的發光效率要用專門的儀器才能精確測定，而業余條件下只能用拉距法來粗略判定。
接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實際應用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。
由于紅外發光二極管的發射功率一般都較小（100mW左右），所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。前些年常用μPC1373H、CXA等紅外接收專用放大電路。最近幾年不論是業余制作還是正式產品，大多都采用成品紅外接收頭。成品紅外接收頭的封裝大致有兩種：一種采用鐵皮屏蔽；一種是塑料封裝。均有三只引腳，即電源正（VDD）、電源（GND）和數據輸出（VO或OUT）。紅外接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，可參考廠家的使用說明。成品紅外接收頭的優點是不需要復雜的調試和外殼屏蔽，使用起來如同一只三極管，非常方便。但在使用時注意成品紅外接收頭的載波頻率。紅外遙控常用的載波頻率為38kHz，這是由發射端所使用的455kHz晶振來決定的。在發射端要對晶振進行整數分頻，分頻系數一般取12，所以455kHz÷12≈37.9 kHz≈38kHz。也有一些遙控系統采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由發射端晶振的振蕩頻率來決定。
紅外遙控的特點是不影響周邊環境、不干擾其它電器設備。由于其無法穿透墻壁，故不同房間的家用電器可使用通用的遙控器而不會產生相互干擾；電路調試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調試即可投入工作；編解碼容易，可進行多路遙控。
由于各生產廠家生產了大量紅外遙控專用集成電路，需要時按圖索驥即可。因此，現在紅外遙控在家用電器、室內近距離（小于10米）遙控中得到了廣泛的應用。
多路控制的紅外遙控系統
多路控制的紅外發射部分一般有許多按鍵，代表不同的控制功能。當發射端按下某一按鍵時，相應地在接收端有不同的輸出狀態。接收端的輸出狀態大致可分為脈沖、電平、自鎖、互鎖、數據五種形式。“脈沖”輸出是當按發射端按鍵時，接收端對應輸出端輸出一個“有效脈沖”，寬度一般在100ms左右。“電平”輸出是指發射端按下鍵時，接收端對應輸出端輸出“有效電平”，發射端松開鍵時，接收端“有效電平”消失。此處的“有效脈沖”和“有效電平”，可能是高、也可能是低，取決于相應輸出腳的靜態狀況，如靜態時為低，則“高”為有效；如靜態時為高，則“低”為有效。大多數情況下“高”為有效。
“自鎖”輸出是指發射端每按一次某一個鍵，接收端對應輸出端改變一次狀態，即原來為高電平變為低電平，原來為低電平變為高電平。此種輸出適合用作電源開關、靜音控制等。有時亦稱這種輸出形式為“反相”。“互鎖”輸出是指多個輸出互相清除，在同一時間內只有一個輸出有效。電視機的選臺就屬此種情況，其它如調光、調速、音響的輸入選擇等。“數據”輸出是指把一些發射鍵編上號碼，利用接收端的幾個輸出形成一個二進制數，來代表不同的按鍵輸入。一般情況下，接收端除了幾位數據輸出外，還應有一位“數據有效”輸出端，以便后級適時地來取數據。這種輸出形式一般用于與單片機或微機接口。
除以上輸出形式外，還有“鎖存”和“暫存”兩種形式。所謂“鎖存”輸出是指對發射端每次發的信號，接收端對應輸出予以“儲存”，直至收到新的信號為止；“暫存”輸出與上述介紹的“電平”輸出類似。返回搜狐，查看更多
責任編輯：
實驗2 紅外對射傳感器實驗-V.實驗目的學習紅外對射傳感器工作原理；2.實驗設備硬件：紅外對射傳感器節點，串口線；軟件：Keil u Vision4編譯軟件，STC下載軟件STC_ISP；芯片手冊：配套光盤附件芯片手冊紅外對射傳感器；電路原理圖路徑：配套光盤附件電路原理圖；源碼路徑：配套光盤源代碼傳感器原理與應用實驗2 紅外對射傳感器實驗-V；hex文件路徑：配套光盤源代碼傳感器原理與應用實驗2 紅外對射傳感器實驗-Vout；3.實驗原理3.1 紅外對射傳感器介紹紅外對射傳感器使用的是槽型紅外光電開關。紅外光電傳感器是捕捉紅外線這種不可見光，采用專用的紅外發射管和接收管，轉換為可以觀測的電信號。紅外光電傳感器有效地防止周圍可見光的干擾，進行無接觸探測，不損傷被測物體。紅外光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發送器、接收器和檢測電路。紅外對射傳感器的外型如圖3.1所示。槽型紅外光電開關把一個紅外光發射器和一個紅外光接收器面對面地裝在一個槽的兩側。發光器能發出紅外光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關便動作，輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。圖3.1 紅外對射傳感器
3.2 光敏傳感器的電路圖紅外對射傳感器電路如圖3.2，U1的1,2腳為紅外發射端，3,4腳為接收端，當凹槽中有物體擋住紅外線時，3,4腳之間截止，1IN+為高電平，D4輸出高電平；當凹槽中沒有物體擋住紅外線時，3,4腳之間導通，1IN+為低電平，D4輸出低電平。圖3.2 紅外對射傳感器電路4.實驗步驟4.1 編寫實驗源代碼文件4.1.1 取紅外對射傳感器節點，打開Keil集成開發環境，打開配套光盤源代碼傳感器原理與應用實驗2 紅外對射傳感器實驗-V的工程文件。4.1.2點擊左上角的Rebuild按鍵，編譯整個工程，將生成hongwaiduishe.hex可執行文件，該可執行文件自動保存在配套光盤源代碼傳感器原理與應用實驗2 紅外對射傳感器實驗-Vout目錄下。(注意：請根據該目錄下 hongwaiduishe.hex 文件的生成時間，判斷該文件是否是自己剛剛編譯完成的。)4.1.3 使用串口線將電腦與紅外對射傳感器節點的串口相連，將紅外對射傳感器節點上的S1開關撥打到左邊，讓STC單片機和DB9相連。4.1.4 根據 配套光盤第三方應用軟件STC_ISP的STC-ISP軟件使用說明書-甄鵬-V，使用STC-ISP軟件將4.1.2步中生成的可執行hongwaiduishe.hex文件通過STC_ISP串口下載軟件下載進STC單片機中。4.2 實驗源代碼解析
#include
#define BUF_LENTH 128 //定義串口接收緩沖長度
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
unsigned char uart1_wr; //寫指針
unsigned char uart1_rd; //讀指針
unsigned char xdata RX0_Buffer[BUF_LENTH]; //接收緩沖
unsigned char flag;
unsigned char i;
unsigned char xdata mbus_buffer[255];
unsigned char xdata mbus_Sendbuf[255];
unsigned char xdata Crc_buf[2]; //聲明存儲CRC校驗值的高8位及低8位的緩存
unsigned int Crc_return_data; //聲明CRC校驗值
bit B_TI; //發送完成標志
sbit P1_0=P1^0;//定義P1.0端口
// 7 6 5 4 3 2 1 0 Reset Value
//sfr ADC_ConTR=0xBC; ADC_POWER SPEED1 SPEED0 ADC_FLAG ADC_START CHS2 CHS1 CHS0 0000,0000 //AD 轉換控制寄存器
#define ADC_OFF() ADC_ConTR=0
#define ADC_ON (1 << 7)
#define ADC_90T (3 << 5)
#define ADC_180T (2 << 5)
#define ADC_360T (1 << 5)
#define ADC_540T 0
#define ADC_FLAG (1 << 4) //軟件清0
#define ADC_START (1 << 3) //自動清0
#define ADC_CH0 0
#define ADC_CH1 1
#define ADC_CH2 2
#define ADC_CH3 3
#define ADC_CH4 4
#define ADC_CH5 5
#define ADC_CH6 6
#define ADC_CH7 7
uint adc10_start(uchar channel);
void uart1_init(void);
void Uart1_TxByte(unsigned char dat);
void Uart1_String(unsigned char code *puts);
void delay_ms(unsigned char ms);
unsigned int cal_crc(unsigned char *snd, unsigned char num);
#define MAIN_Fosc UL
#define Baudrate0 9600UL
#define BRT_Reload (256 - MAIN_Fosc / 16 / Baudrate0) //Calculate the timer1 reload value ar 1T mode
/
unsigned int cal_crc(unsigned char *snd, unsigned char num)
{
unsigned char i, j;
unsigned int c,crc=0xFFFF;
for(i=0; i < num; i ++)
{
c=snd[i] & 0x00FF;
crc ^=c;
for(j=0;j < 8; j ++)
{
if (crc & 0x0001)
{
crc>>=1;
crc^=0xA001;
}
else crc>>=1;
}
}
return(crc);
}
//**********************************************************************
//函數名：uart1_init(void)
//輸入 ：無
//輸出 ：無
//功能描述：串口初始化函數，通信參數為9600 8 N 1
//**********************************************************************
void uart1_init(void)
{
PCON |=0x80; //UART0 Double Rate Enable
SCON=0x50; //UART0 set as 10bit , UART0 RX enable
AUXR |= 0x01; //UART0 使用BRT
AUXR |= 0x04; //BRT set as 1T mode
BRT=BRT_Reload;
AUXR |= 0x10; //start BRT
ES =1;
EA=1;
}
//**********************************************************************
//函數名：Uart1_TxByte(unsigned char dat)
//輸入 ：需要發送的字節數據
//輸出 ：無
//功能描述：從串口發送單字節數據
//**********************************************************************
void Uart1_TxByte(unsigned char dat)
{
B_TI=0;
SBUF=dat;
while(!B_TI);
B_TI=0;
}
//**********************************************************************
//函數名：Uart1_String(unsigned char code *puts)
//輸入 ：字符串首地址
//輸出 ：無
//功能描述：從串口發送字符串
//**********************************************************************
void Uart1_String(unsigned char code *puts)
{
for(; *puts !=0; puts++)
{
Uart1_TxByte(*puts);
}
}
//**********************************************************************
//函數名：UART1_RCV (void)
//輸入 ：無
//輸出 ：無
//功能描述：串口中斷接收函數
//**********************************************************************
void UART1_RCV (void) interrupt 4
{
if(RI)
{
RI=0;
RX0_Buffer[uart1_wr++]=SBUF;
//if(++uart0_wr >=BUF_LENTH) uart0_wr=0;
flag=1;
}
if(TI)
{
TI=0;
B_TI=1;
}
}
void delay_ms(unsigned char ms)
{
unsigned int i;
do{
i=MAIN_Fosc /1400;
while(--i);
}while(--ms);
}復制代碼
4.3 實驗運行效果節點S1開關撥打到左邊讓STC單片機和DB9連接，打開串口調試助手，進入如圖4.1所示界面，在串口參數設置選擇正確的端口號以及9600-8-N-1串口配置，選擇16進制發送，16進制接收，把紅外對射傳感器狀態讀取指令02 03 00 2C 00 01 45 f0復制到發送區，打開串口，點擊發送： 02 03 00 2C 00 01 45 f0凹槽沒有物體時返回：02 03 02 00 00 FC 44凹槽有物體時返回：02 03 02 00 01 3D 84 圖4.1 紅外對射傳感器的返回值
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實驗2 紅外對射傳感器實驗-V.doc
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2018-10-31 22:26 上傳
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對射光電傳感器資料
光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。
?
光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成。其基本原理是以光電效應為基礎，把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將非電信號轉換成電信號。光電效應是指用光照射某一物體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個物體上，此時光子能量就傳遞給電子，并且是一個光子的全部能量一次性地被一個電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態就會發生變化，從而使受光照射的物體產生相應的電效應。通常把光電效應分為3 類：（1 ）在光線作用下能使電子逸出物體表面的現象稱為外光電效應，如光電管、光電倍增管等；（2 ）在光線作用下能使物體的電阻率改變的現象稱為內光電效應，如光敏電阻、光敏晶體管等；（3 ）在光線作用下，物體產生一定方向電動勢的現象稱為光生伏特效應，如光電池等。
?
隨著單片機技術的飛速發展，以及電動機驅動芯片性能的日益完善，本設計系統通過單片機控制直流電動機實現了電動車在符合規定要求的蹺蹺板上的規定運動：在規定時間內的前進、后退運行；蹺蹺板處于平衡狀態時以及到達蹺蹺板末端的停車候時；分階段實時顯示其行駛所用時間。該設計系統采用雙CPU設計思路：選用AT89S52作為主CPU，主要完成對數據采集系統的數據處理，控制，電動車的實時顯示，以及主從CPU的通信功能；選用 AT89C2051作為從CPU，控制電機的轉速。該設計系統中采用脈沖寬度調制技術（PWM）實現對直流電動機的準確與靈活調速。
檢測電路
光電傳感器廣泛應用于檢測電路中，按結構形式可以分為反射式和對射式。本設計系統中電動車的行車路線檢測，起停檢測電路都要有反射式光電傳感器完成，我們直接選用TCRT5000傳感器，它是將一對紅外發射、接收對管按合理的發射、反射接收角度安裝在一個封裝內，從而安裝使用非常方便，測試準確度高；而平衡性檢測電路由對射式光電傳感器完成，此發射接受電路是有分立器件自行安裝、調試的，測試結果理想。
對射式光電傳感器也是由紅外線發射管、接收管構成，并且二者位于同一直線上，相距約10～20mm，兩管間沒有障礙物時接收管接收到的紅外線明顯不同于有障礙物時，這樣在接收端就會產生高低電平信號。為了讓電動車行駛到C點，蹺蹺板達到平衡，我們制作了一個圓筒，并將其水平放在小車上，通過檢測其內的小球所處的位置來調整電動車的位置，從而達到板的平衡。其檢測原理圖參見附錄圖3所示，在設計中，我們在圓筒的兩端分別安裝一個對射式光電傳感器。
圖3 對射式光電傳感器原理和電壓比較器電路
直接對光電傳感器電路進行測試時發現，沒有障礙物時，輸出電壓可達到4.4V，有障礙物時電壓只有0.2V，由于接收端易受到干擾，應將采集到的信號經過整形，比較電路，使其輸出能夠滿足TTL邏輯電平，并且可以改善輸出端的抗干擾特性。施密特觸發器的整形功能比較強，但是電壓不易調節，若利用電壓比較器，只要提供合適的參考電壓，就可以精確地輸出脈沖波形，綜合考慮我們選用性能較好的電壓比較器電路。其原理圖如圖 1.3.2所示。
驅動電路
在本設計系統中，選用的是ST公司的L298N電機專用驅動芯片。該芯片的主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達 3A，持續工作電流為2A；內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器、線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。
由L298N構成的驅動電路參見附錄圖4所示。
圖4 驅動電路
顯示電路
采用LED顯示，其特點是亮度大，視覺效果好。LED顯示按不同分類方法可分為串行顯示和并行顯示也可分為靜態顯示和動態顯示。可采用的方法有：MAX7219串行動態顯示、74HC164串行靜態顯示、8279并行動態顯示等多種方法。由于本設計采用干電池供電，在電路設計中應盡量降低功耗。采用LCD顯示。液晶顯示器集成度高，減少器件數目降低了功耗，同時也降低了電路的復雜性。而且液晶顯示器本身功耗很小，非常適合于這種電源容量有限的系統。但是液晶顯示也有其缺點，就是顯示亮度不夠，視覺效果不是很好。綜合考慮題目要求，我們選用功能強大的CH451，它整合了數碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制以及uP監控的多功能外圍芯片。由CH451構成的顯示電路參見附錄圖5所示。
圖5 顯示電路
本設計在完成基本要求方面，精度基本上達到了要求，由于受電動車本身的性能所限，我們很難實現對其方向的精確控制，因此只完成了題目的基本要求。
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訂貨號：HG-C1400
型號：EE-SX672P
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訂貨號：EE-SX672P
型號：E3Z-T61-D 2M
價格：面議
庫存：10
訂貨號：E3Z-T61-D 2M
