紅外傳感器在速度測量中的應用

紅外線(xiàn)技術(shù)在測速系統中已經(jīng)得到了廣泛應用，許多產(chǎn)品已運用紅外線(xiàn)技術(shù)能夠實(shí)現車(chē)輛測速、探測等研究。紅外線(xiàn)應用速度測量領(lǐng)域時(shí)，最難克服的是受強太陽(yáng)光等多種含有紅外線(xiàn)的光源干擾。外界光源的干擾成為紅外線(xiàn)應用于野外的瓶頸。針對此問(wèn)題，這里提出一種紅外線(xiàn)測速傳感器設計方案，該設計方案能夠為多點(diǎn)測量即時(shí)速度和階段加速度提供技術(shù)支持，可應用于公路測速和生產(chǎn)線(xiàn)下料的速度稱(chēng)量等工業(yè)生產(chǎn)中需要測量速度的環(huán)節。

1 紅外測速傳感器概述
紅外線(xiàn)對射管的驅動(dòng)分為電平型和脈沖型兩種驅動(dòng)方式，本系統中紅外傳感器選用脈沖型驅動(dòng)方式。由紅外線(xiàn)對射管陣列組成分離型光電傳感器。該傳感器的創(chuàng )新點(diǎn)在于能夠抵抗外界的強光干擾。太陽(yáng)光中含有對紅外線(xiàn)接收管產(chǎn)生干擾的紅外線(xiàn)，該光線(xiàn)能夠將紅外線(xiàn)接收二極管導通，使系統產(chǎn)生誤判，甚至導致整個(gè)系統癱瘓。本傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于能夠設置多點(diǎn)采集，對射管陣列的間距和陣列數量可根據需求選取。

2 紅外線(xiàn)測速傳感器硬件設計
2．1 紅外線(xiàn)發(fā)射管電路設計
發(fā)射管選取SIR204-A型發(fā)射管，該紅外線(xiàn)二極管驅動(dòng)電流范嗣為20～100 mA，其正向導通壓降為1．3～1．5 V，發(fā)出紅外線(xiàn)光波長(cháng)范圍約為835～930 nm，發(fā)射角度為30°，直射時(shí)紅外線(xiàn)光強度最大。發(fā)射管驅動(dòng)電壓采用脈沖電壓，38 kHz載波頻率，發(fā)送時(shí)長(cháng)為280 μs，占空比為1／2的方波，發(fā)送間隔為720 μs。載波脈沖需要與紅外線(xiàn)接收管的型號相匹配。紅外發(fā)射管能夠匹配光電晶體管、光敏二極管和紅外接收器模塊，紅外傳感器的接收部分選擇了帶有放大和濾波功能的紅外線(xiàn)接收二極管。發(fā)射部分的設計需要考慮到接收部分的制約。經(jīng)過(guò)驗證調制脈沖驅動(dòng)電流能夠匹配紅外線(xiàn)接收管，將紅外線(xiàn)接收管導通。驅動(dòng)發(fā)射管PWM的波形如圖l所示。

圖2是紅外線(xiàn)發(fā)射管的驅動(dòng)電路圖。脈沖信號由R29處輸入，通過(guò)NPN型三極管，從而控制紅外發(fā)射管VD3的通斷情況，本電路中單個(gè)紅外管驅動(dòng)電流選擇值約為20 mA。由于NPN型三極管驅動(dòng)電流低于20 mA，需在電路中加入P-mos管增強驅動(dòng)能力。R18和R29的電阻值需要匹配，若2個(gè)電阻匹配不佳，會(huì )造成驅動(dòng)脈沖波形毛刺較多，使二極管導通能力減弱，導通時(shí)間延遲增大。R18盡量大，能夠減少電路功耗，R18和R29都選用10 kΩ電阻。紅外線(xiàn)發(fā)射管的驅動(dòng)不穩定，會(huì )造成接收判斷失效，驅動(dòng)電路的配置要根據實(shí)驗進(jìn)行匹配。
2．2 紅外線(xiàn)接收管電路設計
紅外線(xiàn)接收管內部電路如圖3所示，紅外線(xiàn)接收二極管內部電路將導通后微弱脈沖信號放大、濾波整形，輸出單片機可以識別的方波脈沖信號。該類(lèi)型紅外線(xiàn)接收管導通波長(cháng)范圍約為850～1 050 nm，紅外線(xiàn)發(fā)射管發(fā)射波長(cháng)約為875 nm，能夠滿(mǎn)足紅外線(xiàn)接收管導通要求。

紅外線(xiàn)接收管選用HS0038型的紅外一體接收頭，該器件集成度高，能夠以小成本實(shí)現圖3所示功能。紅外線(xiàn)接收管需要接收38 kHz左右帶寬的脈沖波形，接收發(fā)射管只能接收間歇發(fā)射的紅外線(xiàn)，發(fā)射紅外線(xiàn)過(guò)于密集，接收管無(wú)法導通，需要予以注意。紅外線(xiàn)發(fā)射管發(fā)出38 kHz載波，將紅外線(xiàn)接收管導通。該波形頻率為1 kHz，周期內高電平時(shí)間720μs，低電平時(shí)間280μs。當有物體遮擋紅外線(xiàn)對射管時(shí)，發(fā)射源被遮擋，紅外線(xiàn)接收管無(wú)法導通，輸出高電平。由此可以判斷是否有物體從紅外線(xiàn)對射管中間通過(guò)。紅外線(xiàn)接收管導通時(shí)的輸出波形如圖4所示。