红外光电开关（精选7篇）
红外光电开关 篇1
家里总有一些废弃的遥控器器。我我想想用用一个个旧旧遥遥控控器来控制电灯, 在床上就能开关电灯。我的设计思想是每按一次遥控器按钮就改变一次灯的开关状态。另设手动按钮, 以便遥控器不在身边时也能开关灯。
硬件选择
主要由89C2051单片机和SFH506-38一体化红外解解码码器器组组成成。遥遥控控器器发发出出的红外光信号, SFH506-38将光信号转换为电信号并经过放大、解调成脉冲信号。红外接收头型号繁多, 外形各异。只要是解调频率是38k Hz都能用。
电路设计
为降低功耗原来设想是用双向可控硅做开关元件的, 但后来考虑如果负载是电子镇流器的节能灯, 可能会有灯管闪烁的现象, 权衡之下只能用继电器。继电器型号是JQC-3, 线圈电压12V。为了将强电回路与控制回路隔离, 我从废手机充电器上拆下光耦做隔离, 型号为PC718。控制回路用变压器供电。其他一些元件见图1中的标注。PCB见图2。图3是元件的安装图。
软件部分
红外编码格式是有标准的, 如常用的NEC编码是由前导码, 识别码, 和数据码, 重复码四部分组成。前导码包括9ms低电平和4.5ms高电平。结束码是0.56ms低电平。识别码和数据码共32位二进制数, 分4个字节。前2个字节是识别码和识别码的反码, 用以区分每个遥控器。后2个字节是数据码和数据码的反码, 用于区分各个按键。一般规定以0.56ms低电平和0.56ms高电平表示逻辑0, 以0.56ms低电平和1.68ms高电平表示逻辑1。单片机解码可以采用查询方式或中断方式进行。以使用外部中断0方式为例, 红外接收头收到信号后输出低电平从而触发中断, 程序转至中断子程序。在中断程序中首先应判断前导码是否正确。具体可以每X毫秒判断一次INT0口电平状态, 连续判断N次。 (NX应该稍小于9ms) 。只要有一次不是低电平就视为干扰信号, 程序退出。若N次判断均为低电平, 则程序原地踏步, 等待前导码中4.5ms高电平的到来。4.5ms高电平到后也用上述方法进行多次判断, 当然这时INT0脚应该每次都为高电平, 并且多次判断的累加时间应稍小于4.5ms。如果前导码正确, 接下来开始解第一位识别码。因为识别码数据“0”和“1”的区别仅是高电平的延续时间不同, 所以我们等识别码的前半部分0.56ms低电平到来后先延时Y毫秒 (5.6
我手头的遥控器的编码很特别。用通常标准解码方法不灵。通过用Cool Edit Pro2.1软件捕获的波形图 (如图4所示, 也可以用数字存储示波器记录波形) 。可见它没有前导码, 只有3个字节的数据码。每位码由1个低电平和1个高电平组成。假设我们规定用1.5ms低电平和0.6ms高电平表示数据码0, 用0.6ms低电平和1.5ms高电平表示数据码1, 并按高位在左低位在右的原则分析波形后得到此遥控器的十六进制编码是FBH, BEH, F0H。如果要用这个遥控器来控制电灯, 可以预先把它的编码加载于RAM中, 再将接收到的红外信号解出码后和它相比较, 如果相同说明是这个遥控器发出的指令, 灯的状态就改变一次。解码的方法可以借鉴上面介绍的原理, 只做小小的修改即可。
完整的程序见下页。
该程序初始化部分主要是开启外部中断1, 并将遥控器的数据码送71H, 72H, 73H单元。主循环部分判断手动按钮, 按钮每闭合一次灯的状态就改变一次。中断子程序先是将红外信号解码, 解码后的数据存入74H, 75H, 75H单元, 并分别和71H, 72H, 73H中的数据比较。如果相等则改变灯的状态。
硬件焊接完毕, 将烧写有上面这段程序的89C2051插入电路中, 只要元件无误上电就能正常工作。好了, 希望大家看了此文后能对单片机解红外遥控器编码有所了解, 并能自己做一个遥控开关。
作者后记
这件作品可贵之处不是遥控电灯本身, 而是制作过程中发现问题解决问题精神。作品不足之处有三点:1.遥控器用89C2051很容易受到电气干扰使程序跑飞。此作品硬件上没有设复位再启动按钮或程序中设看门狗程序, 是不完美的。2.既然用了变压器、继电器将强电与弱电隔离, 12V与5V是共地的。图1中使用光耦实为多次一举。3.此作品在不点灯时耗电也要1W多, 一昼夜下来待机电耗相当于158W节能灯一个半小时的电耗, 如果设计者能克服灯管闪烁问题, 改用光耦可控硅控制灯的亮灭, 改成单电源5V供电, 软件设计上使没有遥控信号时单片机进入IDEL模式, 用一体化红外解码器输出信号唤醒单片机。这样系统的待机状态耗电极小。作品就完美了。这件作品可贵之
红外光电转速测量仪 篇2
在生产中, 对转速的准确测定关系到产品的质量和功效。例如, 由织布机转盘的转速可以计算布匹的产量;水力发电机叶轮的转速是计算发电机电功率的必不可少的数据。本文介绍一种非接触式的红外光电转速测量仪, 安装方便, 对周围的环境要求也不高, 可以很容易完成转速的测量。测试范围从1r/min到999r/min, 具有较宽的动态测量范围, 测量精度也比较高。
1 电路制作原理
图1为该装置原理框图。测速仪由光电传感器和方框内的二次仪表组成。该装置利用光电传感器进行采样:红外光电传感器发出的光, 聚焦到被测的旋转轴上, 光由转轴反射后, 再聚焦到传感器光敏二极管的光敏面上。在旋转转轴上, 粘贴一高反射率的矩形铝箔, 当转轴旋转时, 每转一圈, 光敏二极管将会输出一个脉冲信号。二次仪表内对采样得到的脉冲信号进行整形处理, 再送入单片机进行处理计算, 实现转子转速的测量计算, 计算出的转子转速信号送到显示电路进行数字显示。
2 系统的电路组成及功能介绍
下面对主要电路、元件的工作原理作进一步介绍。
2.1 电源电路
图2为电源电路。220V市电经降压、整流和大容量电容器C滤波后, 再由三端集成稳压器CW7805稳压, 在输出端即可得到稳定的直流电压Uo (5V) 。电容Ci可改善纹波电压, Co可改善负载的瞬间响应。
2.2 红外光电传感器
红外光电传感器采用传统的光电自准直式结构, 采用高灵敏度的光敏二极管作为检测元件。
图2光学成像系统:
图3为光路结构图。高功率的单色发光二极管发出的波长为0194μm的红外光, 经孔径光栏入射到半透半反镜 (分光棱镜) , 再由聚光镜 (凸透镜) 将光点聚到转子的表面。根据光路可逆原理, 聚光镜和半透半反镜又将转子表面上的光点成像到光敏二极管的光敏面上。该结构为自准直式光电传感器结构, 入、反射光线沿光轴传播, 安装调整方便。半透半反镜镀为中心波长为0194μm的薄膜, 可阻止杂散光线进入光学系统。
聚焦在旋转轴上的光斑的大小直接影响测量灵敏度。当转速一定时, 如光斑太小, 光斑渡越矩形反射区间的时间过快, 输出脉冲上升沿较陡;光斑太大, 光斑渡越矩形反射区间的时间过慢, 输出脉冲信号的上升沿会有一定的坡度。对频率测量来说, 脉冲信号上升沿越陡, 频率测量分辨率越高。因此要对聚焦光斑的大小分析计算。聚光镜位置、聚焦光斑大小的计算, 依据
式中:l′为像距;l为物距;f为焦距;y′为像高;y为物高, 应充分考虑传感器的外形大小及安装调整的方便来计算确定。
2.3 信号处理系统
信号处理系统 (即二次仪表) 由脉冲整形电路、单片机信号处理系统和数字显示电路等组成。
2.3.1 脉冲整形处理电路
受周围环境、光敏二极管与转轴的距离等因素影响, 输出电信号的幅度呈现起伏变化状。因而要将输出信号送入脉冲整形处理电路 (如图3所示) 处理, 以消除“抖动”。如采用固定电平的办法对脉冲信号进行整形处理, 可能会影响整形信号的输出。采用浮动阈值电平的方法可有效解决这一问题。
利用经R1、R2分压后的电压UR (2.5V) 作为参考电压, 与光敏二极管输出的脉冲信号Ui在LM311比较器中进行比较 (如图5所示) 。LM311的反相端接输入信号Ui, 同相端接参考电压UR, 其输入输出关系为:
当光敏二极管无光照, Ui>2.5V, 通过LM311比较器比较后Uo输出低电平UOL;同理, 当光敏二极管有光照时Ui<2.5V, Uo输出高电平UOH。LM311比较器2、3脚的电压变化使7脚输出不同的电平, 输出矩形脉冲信号 (如图6所示) , 该信号将送入单片机INT0口进行计数及求转速的运算处理。
2.3.2 单片机信号处理系统
整个系统电路由红外光电传感器、脉冲整形电路、单片机AT89S51最小系统和数字显示电路等组成 (如图7所示) 。该电路对脉冲信号的频率测量采用在固定时间内测量脉冲个数, 采用测量脉冲个数和测量脉冲周期相结合的方法, 因而对转速的测量具有较好的实时性, 能在较宽的频率范围内获得高准确度的测速值, 测量结果送显示电路。
显示电路由3片串行输入并行输出的移位寄存器74LS164和3个共阴数码管LSD5615-10组成, 如图8所示。P2.0端是输出移位同步时钟信号, 其波特率固定为晶振频率1/12。
3 转速测量电路整机电路图
由以上分析, 设计的转速测量电路整机电路如图9所示。
4 结束语
本文介绍的装置结构简单, 安装方便。检测转速时, 对转轴无太大要求, 只需在转轴上粘贴一高反射率的矩形铝箔, 使转轴表面的反射率明显低于矩形铝箔即可进行测量。测量转速方便快捷, 精度较高, 实时性好, 可以应用在大多数转轴速度测量的场合。
摘要：本文介绍一种用于转子速度测量的红外光电转速测量装置, 它主要由电源电路、光电传感器、脉冲整形电路、单片机、数字显示电路组成, 转速测量范围可从1r/min到999r/min。
关键词：红外光电传感器,转速测量,单片机
参考文献
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红外光电计数器的设计与制作 篇3
在当今社会飞速发展的今天,越来越多的流水线上的产品和各种公共场所需要进行实时的、有效的、精确的自动计数。传统的机械式或电子式计数器(主要是用数字电路集成组件组成)电路比较复杂,元器件数量较多,故障率较高,维修比较困难,而设置预定数值不太方便,功能不易更改且功能过于单一,适用范围较窄。而基于单片机构成的产品自动计数器有直观和计数精确的优点,目前已在各种行业中得到广泛应用。数字计数器有多种形式 [1],总体来说有接触式和非接触式两种,在科技发展的今天,非接触式红外计数器得到了广泛的应用,光电式传感器是其中之一。
2 系统整体设计
本系统采用的是以单片机AT89C51为核心的自动计数器。采用光电式传感器,每当物体通过一次,红外光就被物体反射,光电接收管接收一次,光电接收管的输出电压就发生一次变化,这个变化的电压信号通过放大和处理后,形成计数脉冲,通过光电隔离耦合并行输入至AT89C51单片机的P2.0口,通过软件控制和键盘设定计数值并用LCD1602显示屏加以显示,便可实现对物体的计数统计,这样就得到要统计的人或物的数量。
利用AT89C51单片机来制作一个光电计数器,在AT89C51单片机的P2.1、P2.2和P2.3管脚分别接一个轻触开关(按键),作为计数器数字位数的增加、减少和设置;在AT89C51单片机的P2.0管脚接一个光电式传感器,作为光电计数器的接受和发送部分;用单片机的P3.0 - P7.7和P1.5 - P1.7接LCD1602显示屏,作为0000- 9999计数显示。
3 系统硬件设计
整个光电计数器系统主要由电源部分、光电发射与接收电路、计数电路、报警电路这几个部分组成。当有物体经过时,光电式传感器中红外发光二极管发出的红外信号被物体反射至光电接收管,光电发射与接收电路把被计数的物体的变化转换成电平信号,通过电平信号的变化,计数器就计数一次。当达到设定的报警值时,报警电路发出报警,并且能在报警后延时3秒钟自动关闭报警并自动重新计数同时可以手动清除报警,能够实现无接触计数。该系统的整体结构框图见下图1所示。
3.1稳压直流电源电路
电源供电部分采用变压器降压、桥式整流、电容器滤波、三端稳压器7805稳压后供电,电源用220V的家庭用电经变压器降至9V交流电,然后经四个整流二极管(D1 ~ D4)组成的桥式整流成直流电压,经C1滤波后输入7805芯片稳压成5V直流电源供红外发射、接收电路、AT89C51等供电。
本设计是将稳压直流电源做成一个单独的模块,电源模块将为AT89C51单片机、传感器等提供5V直流电源 [2],电源模块如图2所示。
3.2发射接收电路电路
本设计使用的光电接受部分是红外光电式传感器,它是采用光电元件作为检测元件的传感器。首先,把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步讲光信号转换成电信号,光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成,其中光电传感器是型号为E18B03N1封装的红外反射传感器。
红外传感器没有检测到外部信号时处于高电平状态,当检测到外部物体时有由高电平状态变为低电平状态,通过与单片机P2.0口接收检测的高低电平变化。
3.3显示部分电路
本设计采用LCD1602来进行数据的显示,如图3所示。显示部分主要是显示在线实时检测到所测人或物的数目,LCD1602也叫1602字符型液晶,它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
3.4报警电路
本设计中报警器采用蜂鸣器,只需要采用三极管驱动即可,由于蜂鸣器工作状况与LED相似,必须有限流电阻存在。HOLD输出端为锁定信号,用于锁定计数器 [3],处于锁定状态时,按下复位电路的复位键后,解除报警,计数器重新开始计数。
3.5系统硬件
对应于光电计数器的系统结构图,相应得到系统硬件设计的电路原理图,电路原理图主要包括五个部分:AT89C51单片机的最小系统、稳压直流电源电路、发射接收电路、显示部分电路、报警电路,光电计数器原理图如图4。
根据光电计数器的设计电路,通过Altium Designer(13.0)软件 [4] 设计出PCB图,如图5所示,该PCB板为单面板,大小尺寸为90mmx80mm,其中普通电容和电阻均为0805封装的贴片元件,晶振为12MHz。
4 系统软件设计
根据光电计数器的设计要求,光电计数器首先要初始化,给光电计数器设定光电计数器需要计数的大小范围(00009999),然后在应用光电计数器中的光电传感器来检测高低电平的变化(高电平变化到低电平),通过单片机处理后开始计数,当计数大小达到开始设定的设定值,报警电路发出报警信号。软件流程图如图6所示。
5 结论
主动红外对射式光电防盗报警器 篇4
文中设计了一种主动对射式红外光电探测器的报警系统。在干扰相对严重的区域及重要的出入口,当有人从特定方向通过时才会报警的单片机防盗报警器。它采用两个对射式红外光电开关作为入侵探测器,当有物体阻挡了光电开关发射的红外光束时,光电开关产生一个开关信号。把开关信号送至单片机作信号处理后,单片机做出是否报警的决定。文中选用的光电开关是探测距离为3 m的LH-A型光电开关。
信号处理电路选用的单片机是性能稳定、工艺成熟、应用广泛的AT89系列单片机[9,10,11,12]。文中也给出了系统的工作电路。所设计的单片机防盗报警器,其实际测试的结果是:只对特定方向通过的物体报警,能在强烈的阳光下正常工作,系统可靠稳定,漏报率和误报率低。
1 主动对射式红外探测系统
如图1所示,系统主要由两大模块组成,分别是红外检测电路和信号处理电路。当红外检测电路检测到入侵时,将信号发送到由单片机为核心的信号处理电路,判断是否报警。若判别报警,直接驱动声音报警电路报警。反之则驱动延时控制电路,延时完毕后系统复位。另外手动复位也可使系统恢复初始状态。
本设计采用的主动红外防盗报警器(对射式红外线报警器),安装在通往室内或防区的必经通道上或外界干扰严重的区域。它由红外发射机,红外接收机,报警控制电路三部分组成。其系统原理如图2所示。
主动红外探测器的工作原理是利用探测器的发射端发出红外射线,由接收端接收后经电路放大比较后驱动继电器,产生报警信号,从而形成一个报警回路。为了防止入侵者破坏,一般每个红外探测器都会加装有防拆开关,一旦发现探测器外壳被打开,就会向主机发送报警信号。
由于探测器一般都工作在室外,为了防止室外自然光或太阳光、汽车灯光的干扰,或防止恶意入侵者以红外光源进行干扰,一般情况下红外发射源都会加以调制,以不同的调制频率工作,同时在接收端加以解调,只接收该频率段的红外光源,从而防止干扰和恶意入侵。
为了增加红外发射管的寿命,一般红外发射管工作在开关状态,而开关频率可以由用户自己调节。开关频率按照探测器的工作位置特性,参照该工作位置入侵者可能的最大入侵速度而定,如假设安装在墙头,则考虑到入侵者爬行的速度最大为1 m/s,设定开关时间为40 Hz。一般红外探测器都会有四段开关频率(或称为遮断时间)以供用户选择。
装在主动红外接收机前面的滤光片把外界的杂散光滤掉,仅让一定波长范围的光通过,再通过采用水晶球镜和菲涅耳镜相结合的方法把光聚焦到光电探测器件上,这样光脉冲信号就转变为电脉冲信号。电脉冲信号再经放大器放大和同步选通整形,正常情况下,接收机收到的是一个稳定的光信号,当有人入侵该警戒线时,红外光束被遮挡,接收机收到的红外信号发生变化,提取这一变化,经放大和适当处理,通过控制器发出报警信号。
为了增加探测器抗衰减能力,在探测器上安装了自动增益调节回路(AGC),在室外条件比较恶劣的情况下增加接收端的放大系数,以适应如大雨、浓雾、大雪等较恶劣的天气。
2 主动对射式红外探测开关
光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关。系统采用的对射型红外光电开关,由发射器和接收器组成,结构上是两者相互分离的,在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化。其主要特点为:辨别不透明的反光物体,有效距离大,不易受干扰,可以可靠合适地使用在野外或者有灰尘的环境中。因此主动对射式红外探测器的抗干扰能力很强。
设计所采用的光电开关为LH-A型红外光电开关,该开关的各种参数如表1所示。
由此可见,该型光电开关外型十分小巧,具有检测距离大,响应时间短,可工作在光强较大的环境下,能有效地检测出通过的物体,所以常用作入侵探测器应用于防盗报警器中。
3 系统电路设计模块
设计采用AT89C51 FLASH单片机。AT89C51是一个低功耗高性能单片机,功能强大的微型计算机。与通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。文中所述的主动对射式红外警报器的单片机工作电路主要由复位电路、时钟电路、声音报警电路三部分组成,其具体连接方式如图3、图4所示。
其中,S2、R2、R3、C3组成的电路能够实现对单片机的手动复位的功能,当RST引脚电压降为低电平时,系统开始工作。XTAL1和XTAL2引脚通过外接反馈一个6MHz的石英晶体和两个30 p F电容产生时钟信号,单指令执行时间为2μs。同时通过芯片MAX232进行电平转换,与计算机进行通信,如图4所示。
报警器用无源压电式蜂鸣器作为声音报警,但是因为单片机输出的驱动电流只有几十微安,而蜂鸣器正常工作需要几毫安的电流,所以采用一个NPN三极管来驱动蜂鸣器。当P2输出高电平时,三极管导通,蜂鸣器发声;当P2为低电平时三极管截止,蜂鸣器不发声。
4 主动对射式红外警报器工作过程
系统由两个最大探测距离为3 m的对射式红外光电开关作为入侵探测器,当有物体遮挡了红外光束,光电开关就会产生一个开关信号。单片机负责处理两个接收端的信号和输出控制信号,实现防盗和识别物体运动方向的功能,其原理如图5所示。
光电开关接收端的信号线分别接单片机的外部中断输入口即INTO、INT1脚。当没有物体遮挡光路时,光电开关的接收端输出低电平,有物体遮挡光路时输出高电平,物体离开就会变为低电平。当人从室内出去时,他首先挡住红外线光束2,然后才挡住红外线光束1,即INT1先接收高电平,INTO后接收高电平,单片机判断后不报警;如果有人从室外方向进入室内,则他先挡住红外线光束1,然后才挡住红外线光束2,即INT1先接收高电平,INTO后接收高电平,单片机判断后报警。这样就相当于有一个脉冲信号输入,当单片机的中断响应方式为边沿触发时,单片机就响应相应的中断服务程序进行信号处理。图6为单片机程序的设计流程。
单片机初始化后,按一定时间间隔,依次探测INTO、INT1端口以确定是否报警。如无信号输入,则返回初始化,继续探测。如发现入侵,则启动蜂鸣器。经过一定延时后蜂鸣器自动关闭,也可手动复位系统,使蜂鸣器关闭。若探测到INTO有信号输出,无论报警与否即判断有人经过,这时单片机计数器自动加一,实现人流量计算。
5 系统调试
根据设计电路的特点,当P2口输出高电平时,蜂鸣器就会发出声音。而在软件的初始化部分会令P2置零,所以正常情况是一开机就会发出声。按下复位键同样如此。接通电源后,系统发出声,同理按复位开关后系统也发声,证明单片机已经正常工作了。
通过按不同顺序把输入接线柱接地就可以模拟从不同方向进入时光电开关的输入信号。根据软件的设置,单片机报警30 s后会自动停止。当系统响30 s后停响,证明其是正常报警。下面按几种情况进行测试,其结果如表2所示,表中0,1分别表示中断0,1。
通过用不同的速度回返两边,系统没有出现漏报或误报的情况,能按设计的要求工作。在接上电源后,12 h内每半小时测试一下报警器的工作状态,在这12 h内系统正常工作的,表明本系统能长时间正常工作,性能稳定。把系统置于强烈阳光的照射下,8 h内不定时测试系统,测试结果系统正常工作,期间没有出现误报警。
6 结语
文中所述的主动对射式红外探测报警器解决了现在主动红外警报器体积过大、隐蔽性差的缺点和不足,而研制了一种新型的采用两对红外光电开关作为探测器的单片机报警器,安装在干扰相对严重的区域及重要的出入口,实现单向通行的报警功能。经实物制造和测试的结果表明,该系统具有以下特点:可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、耗电小、灵敏度高以及体积小等优点。
因为其设计和工作的特点,该防盗报警器系统十分适合用作单户型的家用防盗探测器,可以用它构成对窗、阳台等建筑物的出入口形成封闭式的防范。经改进后,还可以作人流量记录计数器,记录进出人次。另外,因为该防盗报警器能实现监控单方向通行的功能,所以它还适合用于商场、旅游景点等场所的出入口控制。另外,在出入口放置探测器时,两组探测器可放置在不同高度,以防宠物等动物经过发生误报。
参考文献
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红外光电开关 篇5
1 建筑照明控制现状
建筑照明控制开关的作用是断开、接通和转换电路, 以控制照明灯具工作和停止。照明控制开关经历闸刀开关、拉线开关、拇指按钮开关、大翘板开关和电子开关等发展历程后, 形成的种类及规格非常多。目前传统的拉线式、拇指按钮式和大翘板式是照明开关使用的主体, 凭借其较为简单的结构、低廉的售价和方便的安装使用方法, 牢固地占领着照明开关市场。然而, 现代电子技术的发展和人们对生活质量的需求变化, 要求对传统的开关进行产品更新换代。住宅公共部分照明和公共建筑的走廊、过道等采用夜间常明灯, 每年除耗费大量电能外, 还因灯具长时间工作而损坏造成维修和更换灯具等大量的费用支出, 因此人们越来越关注其他有效的照明开关控制方式。
目前声光控开关在住宅公共部分照明和公共建筑的走廊、过道等照明控制中被广泛使用, 在使用中靠人为制造噪声触发启动, 但用大声咳嗽 (或跺脚) 来启动灯亮会打扰别人的安静, 特别是夜间入睡的人;另外, 声光控易受自然界的雷声、汽车喇叭声、说话声和动物鸣叫等声响干扰, 误启动作较多。而人体热释电红外感应光控开关的出现, 弥补了声光控开关的不足。
2 红外感应光控开关原理
红外感应光控开关基于被动红外传感技术, 利用红外线辐射和自然光的双重信号来实现对开关的控制, 主要感应器件为人体热释电红外传感器。它是一种能检测人体发射红外线的新型高灵敏度红外探测元件, 能以非接触形式检测人体辐射红外线能量的变化, 并将其转换成电压信号输出, 输出的电压信号被放大, 便可驱动照明控制电路。红外感应开关主要由光学系统、热释电红外传感器、信号放大处理器等部分组成, 其结构如图1所示。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理, 在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”, 以提高探测接收灵敏度。热释电红外传感器内部包含2个以反极性串联的探测元件, 以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
3 红外感应开关的特点及用途
3.1 功能特点
基于热释电红外传感技术的红外感应开关, 本身不发任何类型的辐射, 功耗很小, 白天在光控作用下, 开关处于关闭状态;晚间当有人进入感应范围时, 传感器探测到人体红外光谱的移动变化, 开关自动接通灯亮, 如果人不离开, 开关会一直开启, 人离开后, 开关延时一段时间自动关闭灯灭。其主要特点:
(1) 开关自身功耗小于0.016W/h, 可以串联在照明回路中, 单极性控制, 控制负载功率5~200W, 直线感应距离4~6m, 感应角度为140°圆锥角。
(2) 自动测光, 起控照度可在5~500lx调节感应下启动。
(3) 延时时间可在20~360s范围内调节。
3.2 主要用途
红外感应开关是利用红外线辐射和自然光的双重信号来实现对开关控制, 主要适合于公共场所照明, 如住宅公共部分照明和公共建筑的门厅、走廊、楼道、仓库、储藏室、车库、地下室、洗手间等。当环境光照度低于设定值, 并且人在感应区域活动时, 开关开启;若人离开感应区域时, 该区域光源开关按设定的延时时间关闭。这样能有效避免长明灯现象, 真正体现楼宇智能化及物业管理的节能细化管理。
4 照明控制节能经济分析
目前, 建筑照明设计中均在大力推行节能控制, 如中央控制、分组控制、定时控制、声光控制和红外控制等, 特别是可调照度红外感应开关控制, 可在很大程度上实现能源的充分节能和利用。
以某高校学生公寓楼梯与走廊照明红外光控设计改造为例, 该高校有学生公寓楼10栋, 每栋7层, 每层安装功率为21W欧普吸顶节能灯25盏, 学生每年在校约为270天。照明控制节能经济分析:
(1) 原采用11个普通翘板开关分组控制, 每天照明12h, 那么学生公寓楼总用电量计算:
(2) 如果将照明控制开关改造为安装11个红外感应光控开关分组控制, 并按照学生在公寓里活动时间和活动规律对楼梯与走廊照明情况进行折算, 每层住120人, 每人每天在控灯时间内平均活动次数5次, 每盏灯在有人活动时亮灯时间内20s, 则学生公寓楼总用电量计算:
(3) 在两种控制开关下, 学生公寓照明对比经济分析如表1所示。照明改造前, 照明灯具由普通大翘板开关来控制, 其平均成本价格20元;设计改造后, 采用红外线光控感应开关控制, 其平均价格成本35元;城市电价取0.50元。其中, 开关 (含安装费) 总成本=开关 (含安装费) 单价×数量;年用电费用=年用电量×电价;年总运行费=开关 (含安装费) 总成本+年用电费用+年综合维修费。
从表1可知, 采用红外线光控感应开关对学生公寓楼进行照明控制, 不仅降低运营成本, 还节约能源。
5 结语
电气设计人员在照明设计时应认真考虑日常节能的需要, 根据建筑物的等级、特点、功能、使用要求等具体情况, 采取最佳的灯具布置方案;根据照明场所性质不同, 对照明系统进行分散/集中、手动/自动和分区/分组等合理有效的控制设计。如果能利用安装在开关控制器中的智能芯片, 精细化控制好每一盏灯, 实现灵活的开与关, 可在保证照明质量的同时, 最大限度地节约能源。红外感应光控照明控制不仅可节约大量电能消费, 还可延长灯具寿命, 减少灯具损耗, 节省灯具购置费、替换工程费和维护费等, 间接实现节能环保。
摘要：介绍建筑公共照明控制现状和红外感应开关控制原理, 并对照明控制节能改造进行经济分析。
关键词：红外感应,照明节能,经济分析
参考文献
[1]张钰唯, 等.照明控制技术的发展及应用现状[J].照明工程学报, 2010, 12 (2) :1-7
[2]刘兵, 等.建筑电气与施工用电[M].北京:电子工业出版社, 2011
[3]时思, 等.工程经济学[M].北京:科学出版社, 2010
红外光电管智能车的设计与实现 篇6
1 总体方案设计
本系统以MC9S12DG128为控制核心,它拥有丰富的片内资源,包含一个16位中央处理单元,128kB的flash,有8路8位PWM,并可两两级联为16位精度PWM[2]。它接收传感器采集到的信号,产生两路PWM波,一路可直接驱动转向伺服电机,另一路通过MC33886驱动后轮电机。在后轮上装有一个测速码盘,将速度反馈到单片机里,单片机再将一些参数信息(速度、圈数等)通过LED显示出来,以方便现场调试。系统结构简图如图1所示。
2 各主要功能模块设计
2.1 路面检测模块设计
使用一对红外对管组成路面检测电路,其中发射管的型号为pt334-6b,接受管型号为ir333c-ho,电路原理图如图2所示。LED发射管发射红外光,当照射到白色的底面上时,光线被反射,被接受管接收,此时电路导通,LM324的3脚电压被拉低,小于2脚的比较电压,输出为低电平;反之则输出为高电平。
2.2 测速模块设计
在小车行进的过程中,我们要对速度进行监测。为此我们在小车靠近后轮的轴上安装上一个自制的光栅,做成均匀分布、黑白相间的条带状,如图3所示。
采用反射式红外传感器监测黑线,通过计数的方式来测量小车的速度。假设单片机中断时间间隔T,对应前进距离S=165/16=10.3125mm,其中165为智能车后轮实测周长,自制的光栅有16道黑色条纹,智能车实时速度为:
2.3电机驱动模块设计
MC33886是一款H桥式驱动器,具有较好的内部保护功能,使用方便。为了增加驱动能力,设计中将两片MC33886并联使用,电路原理如图4所示。
2.4 电源模块设计
电源设计采用串联开关器件LM2575提供5V电源,给单片机系统供电,线性电源调整器件7806提供6V电源,给舵机供电,7.2V直接驱动电机[3]。具体电路如图5图6所示。
3 基于PID的控制算法实现
数字PID分为位置式控制算法和增量式控制算法。为了降低计算量及得到稳定的结果,舵机控制采用增量式控制算法。其公式如下:
其中△Uk为输出增量,ek为k时刻的偏差,KP,KI,KD分别为比例系数、积分常数和微分常数。电机在受控制的时候,由于受到电源电压的限制等会产生饱和效应,使计算结果值超出了应有的范围,在这种情况下,本系统对PID控制器的积分环节做了积分分离和遇限削弱的改进。
首先人为引入一个角度量X,X值的确定由车身前安装的光电对管之间的偏差确定,当偏差小于3个光电对管的偏差则引入积分环节,当偏差大于3个光电对管之间的偏差则去掉积分环节,其次一旦控制量Uk进入饱和区,将对Uk给定一个数值,使它的上下限都限定在一定的范围内,这样使系统的超调不会过大。为此在积分项中乘以一个引入的系数b,式(2)改写为:
当|ek|
4 结论
本系统采用模块化设计,通过使用红外光电对管采集信号并寻迹,自制光栅测速,实现闭环控制,在算法上采用PID控制算法,能够自动根据赛道情况加减速,通过多次实验和比赛结果表明,该智能车系统稳定可靠,适应赛道和抗干扰能力强。
摘要：以MC9S12DG128为控制器,设计了一种智能车系统。该系统由路面检测模块、测速模块、电机驱动模块、电源模块组成,是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等多种功能于一体的综合系统。在控制算法上采用了PID控制算法,它可以自动调节PWM波的占空比,从而控制小车的速度。
关键词：智能车,光电管,自动驾驶,PID
参考文献
[1]邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法[M].北京:清华大学出版社,2004:120-125.
[2]Motorola Inc,MC9S12DG128Device User Guide Vo1.09[Z].2005:25-28.
[3]黄开胜,金华民,蒋迪南.韩国智能模型车技术方案分析[J].电子产品世界,2006(3):143-145.
红外光电开关 篇7
作为信息领域的一个新兴学科, 红外光电子学与微电子学结合形成了当今新一代的红外焦平面探测技术, 并随着交叉的深入正在产生智能型和片上系统的新一代红外焦平面技术。当前, 红外光电子学一方面向红外探测器技术方向发展, 另一方面向量子阱红外探测器#红外级联激光器、级联激光器和单光子远红外探测器等方向发展。因此, 红外光电子物理研究已成为红外光电子学科研究的热点话题。
1 红外光电子物理概念
红外光电子物理既是研究红外探测和辐射原理及其机制, 又是研究在红外波段能量范围内电磁辐射与物质之间的相互作用, 同时还可以探索新材料或者器件, 为红外光电子技术研究贡献科学理论基础, 并为其直接应用提供可能的一门热门学科。在对红外光电子物理的研究过程中, 最典型的就是与红外焦平面相关的物理问题, 比如子带物理、窄禁带半导体物理等。目前, 伴随着对红外光电子物理研究的增多和不断深入, 以量子阱红外探测器及其它量子器件为代表的新一类焦平面技术和以铁电物理为基础的新型红外探测应用材料与物理发展日渐成熟。
2 红外光电子物理类型
红外光电子物理研究中以窄禁带半导体物理、低维半导体物理和极化物理三种最为典型, 具体为:
1) 窄禁带半导体物理。在焦平面列阵红外探测器研制中, 碲镉汞薄膜材料至关重要。这是由于在碲镉汞薄膜材料中, 存有Hg混晶材料, 较Ga As、Si不同, 其在研究中存在着巨大的挑战性和难度。例如, 碲镉汞薄膜材料研制存在着组分控制、均匀性、表面缺陷密度、位错密度、掺杂技术等关键问题等]。
基于此, 为解决上述问题主要通过以下几方面进行分析:带带跃迁本征吸收光谱、体电子和表面电子的迁移率谱分析、禁带宽度的压力系数、碲镉汞禁带宽度的组分和温度关系表达式、轻空穴和重空穴迁移率谱分析、体电子和表面电子的迁移率谱分析、禁带宽度能量附近和以上范围吸收系数表达式、碲镉汞中汞空位能级和吸收强度及远红外声子参数和光学常数、禁带宽度的非线性温度关系以及电子有效质量等。
2) 低维半导体物理。当前, 对辐射探测物理和红外光电子物理的研究已经得到深入发展, 其前沿理论主要是对半导体超晶格量子阱等低维结构中的光电子性质进行研究, 而这其中最主要的是对调控电子能带与波函数的研究。在新型光谱实验方法中, 获得了常规光谱和其它实验方法不能获取的半导体超晶格和量子阱结构中光跃迁过程的新结果]。
例如, 量子台阶的电子波函数相干特征、单量子阱的能态后调控、磁极化子与束缚声子的相互作用和半导体量子点光谱、单量子线中的应力效应、低维激子及波函数、单量子结构的光电子特性以及单个p型a掺杂结构中受限空穴态等。
同时, 在研制新一代红外探测器及其焦平面列阵技术过程中, 也需部分亟待解决的问题, 例如:量子阱红外焦平面器件工艺、量子阱体系红外光电耦合、功能材料设计与生长及量子阱结构界面混合效应等。
3) 极化物理。极化物理已成为新时期材料科学技术和信息科学技术等发展的焦点问题。在铁电薄膜非致冷红外焦平面制备过程中, 计划问题至为关键, 但同时也存在着诸多挑战性和难点。研究表明, 非致冷铁电薄膜红外焦平面列阵探测器的研制过程中, 钛酸锶钡铁电薄膜的应用最为合适。
目前, 国内对极化物理的研究较为成熟, 并取得了一定成果。例如, 在美国的薄膜手册中收录了关于溶胶-凝胶法制备BST薄膜的P-E电滞回线和ε-T介电常数温度谱;“Ba Ti O3纳米晶”已作为美国科学出版社出版的Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology杂质中。
3 红外光电子物理研究的几个问题
新时期, 研究红外光电子物理过程中, 着重就红外辐射在物质中的激发、传输和接收等进行分析。同时, 在中红外波段激光器、红外焦平面、红外单光子探测器等应用时进行研究分析, 具体为:
首先, 应注意红外功能材料制备及其特性的研究, 这主要是由于红外辐射与其他运动形态转化的平台是特定结构的物质系统。在研究红外功能材料的控制、制备、设计、性能等特性及其表征, 已是研究红外光电子物理的一种基础性的根本。
第二, 对红外光电子物理的研究中, 主要核心包括很多方面, 比如光光转化、电光转化、光电转化、控制及规律研究等方面。因此, 为提高红外光电子物理研究的深度, 应通过建立相应的实验手段, 并将其运用到实践之中, 以获得需要的结果。
第三, 在研究红外光发射、红外传输、红外探测及非线性光学元件等应用过程中, 将红外光电器件的设计、制备、性能及应用列入其研究内容中。当前, 最重要的是大规模红外焦平面、中红外波段激光器、红外单光子探测器等]。
第四, 凝聚态红外光谱与信息获取处理也成为红外电子物理应用研究的一个重要内容。在对谱像判断分析过程中, 其主要依据物质系统红外光谱特征, 这也是红外光电子物理应用发展的重要方向之一。
4 国内红外电子物理研究展望