盲人红外线探测器课设正文

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1概述 22主要器件的功能和运用 2\o"CurrentDocument"2.1红外线二极管原理介绍 22.1.1红外线二极管的主要特性 22.1.2红外线二极管的元件符号和封装符号 32.1.3红外线二极管的工作原理 4\o"CurrentDocument"2.2LM324的工作原理 5\o"CurrentDocument"LM324的内部结构和引脚图 5\o"CurrentDocument"LM324的工作原理 6\o"CurrentDocument"LM324的特点及参数描述 6\o"CurrentDocument"2.3晶体管的工作原理 72.3.1晶体管的引脚图 82.3.2晶体管的工作原理 9\o"CurrentDocument"盲人红外线距离探测器的具体设计和原理 .9\o"CurrentDocument"3.1红外线距离探测器电路设计方案 10\o"CurrentDocument"3.2红外探测电路的系统框图 10\o"CurrentDocument"3.3红外探测的具体设计及原理 10红外探测原理图设计 10红外探测的电路分析 11红外遥控系统的应用\o"CurrentDocument"3.4红外探测电路板制作及数据测量分析 133.4.1红外探测电路的电路板制作 14\o"CurrentDocument"心得体会 15参考文献 16\o"CurrentDocument"致谢 171概述红外接收二极管又叫红外光电二极管，也可称红外光敏二极管,英文名Infraredreceiverdiode。它广泛用于各种家用电器的遥控接收器中，如音响、彩色电视机、空调器、VCD视盘机、DVD视盘机以及录像机等。它广泛用于各种家用电器的遥控接收器中，如音响、彩色电视机、空调器、VCD视盘机、DVD视盘机以及录像机等。红外接收二极管能很好地接收红外发光二极管发射的波长为940nm的红外光信号，而对于其他波长的光线则不能接收。因而保证了接收的准确性和灵敏度。红外接收二极管的结构如图所示。最常用的型号为RPM-301B。2主要器件的功能和运用2.1红外线二极管原理介绍2・1・1红外线二极管的主要特性光敏二极管的结构与工作原理光敏二极管又称光电二极管，它与普通半导体二极管

红外接收二极管结构示意图在结构上是相似的。在光敏二极管管壳上有一个能射入光线的玻璃透镜，入射光通过透镜正好照射在管芯上。发光二极管管芯是一个具有光敏特性的PN结，它被封装在管壳内。发光二极管管芯的光敏面是通过扩散工艺在 N型单晶硅上形成的一层薄膜。光敏二极管的管芯以及管芯上的 PN结面积做得较大，而管芯上的电极面积做得较小，PN结的结深比普通半导体二极管做得浅，这些结构上的特点都是为了提高光电转换的能力。另外，与普通半导体二极管一样，在硅片上生长了一层SiO2保护层，它把PN结的边缘保护起来，从而提高了管子的稳定性，减少了暗电流。光敏二极管与普通光敏二极管一样，它的PN结具有单向导电性，因此,光敏二极管工作时应加上反向电压，如图所示。当无光照时，电路中也有很小的反向饱和漏电流，一般为1*10-8--1X10-9A（称为暗电流），此时相当于光敏二极管截止;当有光照射时，PN结附近受光子的轰击，半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子一空穴对0这些载流子的数目，对于多数载流子影响不大，但对P区和N区的少数载流子来说，则会使少数载流子的浓度大大提高，在反向电压作用下，反向饱和漏电流大大增加，形成光电流，该光电流随入射光强度的变化而相应变化。光电流通过负载RL时，在电阻两端将得到随人射光变化的电压信号。光敏二极管就是这样完成电功能转换的。2.1.2红外线二极管元件符号和封装符号（1）红外线二极管的元件符号如图2.1.2红外线二极管元件符号和封装符号（1）红外线二极管的元件符号如图2-1所示图2-1红外线二极管的元件符号2）红外线二极管的封装符号如图2-2所示，它采用金属壳2脚封装图2-2红外线二极管的封装符号3）红外二极管实物图如图实图12・1・3红外线二极管的工作原理红外接收头一般是接收、放大、解调一体头，一般红外信号经接收头解调后，数据“0”和T”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。重点是找到数据“0”与T”间的波形差别。3条腿的红外接收头一般是接收、放大、解调一体头，接收头输出的是解调后的数据信号（具体的信号格式，搜“红外信号格式”，一大把），单片机里面需要相应的读取程序。红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。 它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。先讲一讲什么是红外线。我们知道，人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62〜0.76pm；紫光的波长范围为0.38〜0.46pm。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为 0.76〜1.5pm之间的近红外线来传送控制信号的。2.1LM324的工作原理2・2・1LM324的内部结构和引脚图LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图2-4所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2-5。图2-5LM324的引脚图2・2・2LM324的工作原理LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。LM324作反相交流放大器、作交流信号三分配放大器、作有源带通滤波器、应用作测温电路、应用作比较器。在用作测温电路时,感温探头采用一只硅三极管3DG6,把它接成二极管形式。硅晶体管发射结电压的温度系数约为-2.5mV/°C,即温度每上升1度,发射结电压变会下降2.5mV。运放Al连接成同相直流放大形式，温度越高，晶体管BG1压降越小，运放A1同相输入端的电压就越低，输出端的电压也越低。2・2・3LM324的特点及参数描述参数描述——运放类型:低功率；放大器数目：4；带宽:1.2MHz；针脚数:14；工作温度范围：0°Cto+70°C；封装类型:SOIC；-3dB带宽增益乘积：1.2MHz；变化斜率:0.5V/“s；器件标号:324；器件标记:LM324AD；增益带宽：1.2MHz；工作温度最低：0°C；工作温度最高：70°C；放大器类型：低功耗；温度范围：商用；电源电压最大：32V；电源电压最小:3V；芯片标号:324；表面安装器件:表面安装；输入偏移电压最大：7mV；运放特点:高增益频率补偿运算；逻辑功能号:324；额定电源电压,+:15V。LM324的特点：短路保护输出；真差动输入级；3•可单电源工作：3V-32V；4•低偏置电流：最大lOOnA；每封装含四个运算放大器；具有内部补偿的功能；共模范围扩展到负电源；行业标准的引脚排列；输入端具有静电保护功能。2.3晶体管的工作原理2.3.1晶体管的引脚图晶体管的引脚图如下所示：

引原理2・3・2晶体管的工作引原理上不导通的一种工作状态（工作还是FET（场效应晶体管）,都是一1曲线上，其范围都是处于最下面状态就是电流很小、基本电压轴）.晶体管的工作状态（工作模式）有放大状态、饱和状态、截止状态和反向放大状态四种.截止模式）.这种状态,不管是上不导通的一种工作状态（工作还是FET（场效应晶体管）,都是一1曲线上，其范围都是处于最下面状态就是电流很小、基本电压轴）.（1）对于BJT:BJT的截止状态就是发射结和集电极都是反偏的状态，输出电流当然很小;这是一种”关”态.在共基极组态中，该很小的输出电流也就是集电结的反向饱和电流Ibco;而在共发射极组态中,该很小的输出电流是E、C电极之间的所谓穿透电流Ieco.一般，Ie要比Ibco大得多.因为Ieco实际上也就是基极开路时的E、C电极之间的电流；而对于共发射极组态来说，即使基极开路，但发射结上还是加有正向电压、集电结上加有反向电压，即BJT仍然是处于放大状态，只不过这时通过发射结的”输入电流”是很小的Ibco,因此输出的集电极电流Ic就应该是:Ic=Ibco+pIbco=（l+p）Ibco.⑵对于FET:FET的截止状态就是没有沟道的状态，当然这时不会导电；通过的电流也

就是漏结的反向饱和电流，非常小•这也是一种”关”态•注意：FET的截止状态不同于其饱和状态（即放大状态）•截止状态是根本不存在沟道的状态，而饱和状态是有沟道、但沟道在漏极一端被夹断了的状态；因此截止状态的输出电流很小，而饱和状态的输出电流很大•此外，对于MOSFET,也要注意区分截止状态与亚阈状态这两种工作状态.亚阈状态是半导体表面多数载流子耗尽、能带弯曲，但又没有完全形成沟道的一种状态（又称为弱反型状态，这时耗尽层厚度尚未达到最大）；因此在亚阈状态工作时，有较小的电流沿着表面流动、并受到栅极电压的控制，从而可用作为低功耗的开关•3红外线距离探测器电路的具体设计和原理3盲人红外线距离探测器的具体设计和原理3.1红外线距离探测器电路设计方案|一|一|一卜|计」_图3-2采用了LM324集成运算放大器，晶体管和红外二极管来制作红外线距离探测器电路方案（1）采用了LM324集成运算放大器，晶体管和红外二极管来制作红外线距离探测器电路，此方案思路清楚，简单明了，比较容易实现，所以最终采用方案（1）来设计红外线距离探测器电路。3.2红外线距离探测器电路的系统框图红外线距离探测器电路的系统框图设计：利用LM324集成运算放大器，晶体管和红外二极管来制作红外线距离探测器电路，它由被测实体、LM324集成运算放大器，晶体管和红外二极管系统组成.系统框图如图3-3所示图3-3测温电路系统框图

3.3红外线距离探测器的具体设计及原理3.3.1红外线距离探测器电路原理图设计XJIXJI探测器电路图探测器电路图A图A图3-4探测器电路原理图3.3.2红外线距离探测器3.3.2红外线距离探测器的电路分析工作原理:光敏二极管VD1(PH302)及集成运算放大器A1构成红外线接收机和放电器，晶体管VT2(BT33)构成可控声频振荡器，晶体管VT3、VT4及红外发射二极管VD2〜VD4构成红外线发射机。其中VD2用2C253,VD4用2CWSS管发射机中的晶体管VT3(BT33)为重复频率1000Hz的窄脉冲振荡器，电容器C7充电到5〜6V后，通过VT3很快放电，由于放电经过VT4的发射结，此时VT4导通，红外发射二极管VD2〜VD4流过电流，产生红外线辐射脉冲。由目标(障碍物)反射的红外线脉冲输入红外接收光敏二极管VD1,由其变换成电信号，然后经放大器A1放大，已放大的信号加到由VD5、VD6(SE303)构成的倍压整流器上，经整流的信号由电容器C5滤波，送入声频可控振荡器。如果离障碍物距离大于1.5m，VT2发射极上的电压不足以使其工作。当距离缩短时，反射讯号电平增大，声频振荡器开始工作。反射讯号越强，也就是目标越近，则电容C6充电越快，振荡器的频率越高，振荡器的动作阈值可通过电位器RP1进行调节。为使振荡器动作准确，提高其工作稳定性，振荡器经参数稳压器VT1(3DJ8)及VD7(SE303)供电。整个探测器由DC1和DC2电池组供电，每一组由5节1.2V镍镉电池串联而成。为了给电池充电，探测器预先设置插孔XJ2。XJ1为外接耳机插孔，当外部耳机接入时，内部耳机BL1断开。3・3・3红外遥控系统的应用常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm左右，外形与普通发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二

极管一样：用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定， 而业余条件下只能用拉距法来粗略判定。接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（lOOmW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用yPC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源（GND）和数据输出（VO或OUT）。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHzT2=37.9kHz=38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。

3.4红外线距离探测器电路的电路板制作及数据测量分析3.4.1红外线距离探测器电路的电路板制作红外线距离探测器电路的PCB版图如图3-4所示:R?P0T2NPNC266u0.04R?P0T2NPNC266u0.04图3-4红外线距离探测器电路PCB版图4心得体会时间过的很快，从3周的课程设计中我学会了很多，理论跟实践是有很多不同的，书本上学习的知识只有在运用中才知道不足也更清楚实践的重要。回顾过去的三周，深刻意识到只要用心去做，就会有意想不到的收获。这一次的课程设计告诉我生活不是想象中的那么简单。在设计过程中我对数字电路的理论有了更透彻理解。当然其中也包括焊接普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作、稳压电源的工作原理等等。这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。通过本次实践也培养了我理论联系实际的能力，提高与同学间的团队合作能力，增强了独立工作的能力。最主要的是收获颇丰，我基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的