CN220543132U - 一种感应距离可调的红外对管感应控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种感应距离可调的红外对管感应控制系统，包括红外发射部分、红外接收部分以及控制模块，红外发射部分包括红外发射模块电路，红外接收部分包括红外接收模块电路和放大电路，控制模块包括单片机MCU，单片机MCU分别与红外发射模块电路、红外接收模块电路和放大电路电连接，单片机MCU驱动红外发射模块电路发射红外信号，当红外信号被遮挡时，红外接收模块电路接收红外信号并流经放大电路将红外信号放大以及将红外信号转换为电平信号反馈到单片机MCU中。提高了红外感应系统的灵敏度，抗干扰能力，实现了红外感应距离可调，通过软件和硬件相结合的方式能够提高红外检测系统的稳定性，实现了客户低成本的需求。

Description

一种感应距离可调的红外对管感应控制系统

技术领域

本实用新型涉及智能产品技术领域，特别是涉及一种感应距离可调的红外对管感应控制系统。

背景技术

红外感应系统属于高光敏感性系统，容易受到外部环境光线等干扰，普通的红外传感器的控制方式稳定性差，无法保证灵敏度的一致性，从而导致传感器在使用过程中容易出现误触发或难触发的问题。

目前红外对管传感器应用在距离感应方向的方法主要有两种。

方法一、发射管和接收管均采用额定供电方式直接供电，满足低成本。

方法二、发射管采用震荡电路或专用的红外发射芯片使得发射管在一定频率下工作，接收管用LM358等放大器芯片搭建的放大电路或专用的红外接收芯片对红外接收管信号进行放大处理，提高灵敏度和感应距离。

但上述两个方法存在以下缺陷：

方法一虽然实现了低成本，但由于外部感应物体反射率效果不一，会使得光强信号受到影响，间接影响到电流信号的大小，从而导致传感器灵敏度差，感应距离短等问题，且发射管若是采用直接供电方式，则需求过电流不能太大，否则发射管容易发热，损耗工作寿命；

方法二通过外围电路的辅助来对感应信号进行放大处理，且让传感器以频率驱动的方式工作，虽可以提高传感器的工作寿命，改善传感器的灵敏度和感应距离，但整个方案成本过高，且由于应用的震荡电路存在一定的频率差异，无法保证传感器灵敏度的一致性，容易出现误触发或难触发的问题。

导致原因：

1、红外感应系统在工作过程中，对感应物的反射率要求高，转换的电信号较微弱。

2、容易受到外部环境光线等的干扰，导致系统处于不稳定的工作状态。

因此，有待进一步改进。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的旨在提供一种感应距离可调的红外对管感应控制系统以克服现有技术中的不足之处，在满足低成本前提条件的同时，通过调整硬件参数去调整红外传感器的灵敏度，实现红外感应距离可调；且通过软件去提高系统的稳定性，来保证整个感应系统的抗干扰能力。

按此目的设计的一种感应距离可调的红外对管感应控制系统，包括红外发射部分、红外接收部分以及控制模块，所述红外发射部分包括红外发射模块电路，所述红外接收部分包括红外接收模块电路和放大电路，所述控制模块包括单片机MCU，所述单片机MCU分别与所述红外发射模块电路、所述红外接收模块电路和所述放大电路电连接，所述单片机MCU驱动所述红外发射模块电路发射红外信号，当红外信号被遮挡时，所述红外接收模块电路接收红外信号并流经所述放大电路将红外信号放大以及将红外信号转换为电平信号反馈到所述单片机MCU中。

所述红外发射模块电路包括发射管IR1、电阻R1、电阻R2、电阻R7和三极管Q1，所述发射管IR1的正极连接电源+5V，所述发射管IR1的负极与所述电阻R1一端相连，所述三极管Q1的集电极与所述电阻R1另一端相连，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基级与所述电阻R2相连并通过所述电阻R2接地，所述三极管Q1的基极与所述单片机MCU的Power_Contrl端口连接，所述电阻R7串联在所述三极管Q1的基极与所述单片机MCU的Power_Contrl端口之间。

所述红外接收模块电路包括红外接收管PT1，所述放大电路包括三极管Q2、三极管Q3、电阻R3、电阻R4和电阻R5，所述红外接收管PT1一端与所述三极管Q2的基极相连，所述红外接收管PT1另一端接地，所述三极管Q2的发射极和所述三极管Q3的集电极与所述控制模块的OUT端口连接，所述电阻R3串联在所述三极管Q2的发射极和所述控制模块的OUT端口之间，所述三极管Q2的集电极、所述三极管Q3的基级与所述电阻R5相连并通过所述电阻R5接地，所述三极管Q3的发射极与所述电阻R4相连并通过所述电阻R4接地。

所述三极管Q2为S8550三极管，所述三极管Q3为SS8050三极管。

所述单片机MCU以脉冲控制方式驱动所述发射管IR1。

所述单片机MCU为CBM7332FLQ1D。

上述实施例的感应距离可调的红外对管感应控制系统，包括红外发射部分、红外接收部分以及控制模块，红外发射部分包括红外发射模块电路，红外接收部分包括红外接收模块电路和放大电路，控制模块包括单片机MCU，单片机MCU分别与红外发射模块电路、红外接收模块电路和放大电路电连接，单片机MCU驱动红外发射模块电路发射红外信号，当红外信号被遮挡时，红外接收模块电路接收红外信号并流经放大电路将红外信号放大以及将红外信号转换为电平信号反馈到单片机MCU中。具体地，首先通过单片机MCU以脉冲控制方式去驱动发射管工作，由红外发射模块电路去发射红外波长，当红外波长受到感应物的遮挡，将光反射回来时，红外接收模块电路接收并产生光电流，此时通过放大电路将信号进行放大处理，然后通过控制模块转换成为电平信号反馈到单片机MCU，单片机MCU读取到电平信号的变化后，再执行后续的功能处理。由此提高了红外感应系统的灵敏度，抗干扰能力，实现了红外感应距离可调，这种通过软件和硬件相结合的方式不仅能够提高红外检测系统的稳定性，还实现了客户低成本的需求。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例的红外感应系统示意图。

图2为本实用新型一实施例的红外发射模块电路图。

图3为本实用新型一实施例的红外接收模块电路图。

图4为本实用新型一实施例中解调后的红外信号示意图。

图5为本实用新型一实施例中发射管的控制波形图。

图6为本实用新型一实施例中发射管控制波形程序图。

图7为本实用新型一实施例中接收信号的滤波处理和控制程序图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-图3所示，提供了一种感应距离可调的红外对管感应控制系统，包括红外发射部分、红外接收部分以及控制模块，红外发射部分包括红外发射模块电路，红外接收部分包括红外接收模块电路和放大电路，控制模块包括单片机MCU，单片机MCU分别与红外发射模块电路、红外接收模块电路和放大电路电连接，单片机MCU驱动红外发射模块电路发射红外信号，当红外信号被遮挡时，红外接收模块电路接收红外信号并流经放大电路将红外信号放大以及将红外信号转换为电平信号反馈到单片机MCU中。

具体地，首先通过单片机MCU以脉冲控制方式去驱动发射管工作，由红外发射模块电路去发射红外波长，当红外波长受到感应物的遮挡，将光反射回来时，红外接收模块电路接收并产生光电流，此时通过放大电路将信号进行放大处理，然后通过控制模块转换成为电平信号反馈到单片机MCU，单片机MCU读取到电平信号的变化后，再执行后续的功能处理。由此提高了红外感应系统的灵敏度，抗干扰能力，实现了红外感应距离可调，这种通过软件和硬件相结合的方式不仅能够提高红外检测系统的稳定性，还实现了客户低成本的需求。

进一步来说，如图2所示，红外发射模块电路包括发射管IR1、电阻R1、电阻R2、电阻R7和三极管Q1，发射管IR1的正极连接电源+5V，发射管IR1的负极与电阻R1一端相连，三极管Q1的集电极与电阻R1另一端相连，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基级与电阻R2相连并通过电阻R2接地，三极管Q1的基极与单片机MCU的Power_Contrl端口连接，电阻R7串联在三极管Q1的基极与单片机MCU的Power_Contrl端口之间。

具体地，发射管IR1的正极直接与电源+5V常连，发射管IR1的负极通过一个电阻R1与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极下拉到GND，三极管Q1的基极与单片机MCU的Power_Contrl端口之间串联一个阻值为1K的限流电阻R7，同时三极管Q1的基极还接了一个阻值为10K的电阻R2下拉到GND，其目的是当三极管Q1不需要导通的时候，能够通过这个下拉电阻R2将单片机MCU的Power_Contrl端口下拉到GND，保证三极管Q1处于截止状态，防止单片机MCU的Power_Contrl端口出现浮空状态，避免发射管IR1误导通；单片机MCU通过Power_Contrl端口输出高电平，控制三极管Q1导通，从而将发射管IR1的负极导通到GND，发射管IR1开始工作。

需要说明的是，电阻R1会影响发射管IR1的电流大小，从而改变红外发射的强度，且电阻R1的阻值不可低于100R，且封装要用0805或0805以上封装，因为发射管IR1是由红外辐射效率高的材料制成PN结的发光二极管，当二极管导通时，正向压降向PN结注入电流激发红外光，电阻阻值越小，发射管过电流越大，电流越大，产生温度越高，发烫越厉害，会因此损害红外发射管的使用寿命。

进一步来说，如图3所示，红外接收模块电路包括红外接收管PT1，放大电路包括三极管Q2、三极管Q3、电阻R3、电阻R4和电阻R5，红外接收管PT1一端与三极管Q2的基极相连，红外接收管PT1另一端接地，三极管Q2的发射极和三极管Q3的集电极与控制模块的OUT端口连接，电阻R3串联在三极管Q2的发射极和控制模块的OUT端口之间，三极管Q2的集电极、三极管Q3的基级与电阻R5相连并通过电阻R5接地，三极管Q3的发射极与电阻R4相连并通过电阻R4接地。

具体地，红外接收管PT1属于光电二极管的一种，具有单向导电性，无光照时，光敏管有很小的饱和反向漏电流，此时光敏管不导通，当入射光照进来时，饱和反向漏电流增加，形成光电流，光照越强，光电流越大。

如图3所示，虚线框部分电路为三极管放大电路部分，三极管之所以有放大作用，是因为三极管属于电流控制组件，其集电极电流Ic由基极电流Ib控制，基极电流的轻微改变就能够引起集电极电流很大的变化。通过这一原理，将红外接收管PT1与三极管的基极相连，当红外接收管PT1接收到入射光时，就可以产生光电流，使三级管导通，通过三极管的电流控制作用，就可以实现信号放大的目的。

红外接收管PT1与三极管Q2的基极相连，当三极管Q2的基极为低电平时，三极管Q2的就会被导通；当红外接收管PT1收到反射光产生光电流时，三极管Q2就会被导通到GND，此时，三极管Q2的集电极就会被上拉至高电平，这就完成了红外信号的第一级放大；

三极管Q2的集电极与三极管Q3三极管的基极相连接，当三极管Q2的基极电压为高电平时，三极管Q3就会被导通。即当三极管Q2被导通，三极管Q2的集电极被钳至高电平，继而三极管Q3的基极被施加高电平后导通，三极管Q3的集电极就会被下拉至低电平，完成红外信号的第二级放大。

OUT端口为MCU的信号输入端口，当三极管Q3的集电极被下拉至低电平时，MCU就会读取到OUT端口产生的电平变化，低电平为感应到物体的信号，然后执行后续的功能处理。

电阻R5属于分压电阻，阻值越大，三极管Q3的基极电压越高，也就越容易导通，由于红外接收管PT1的导通程度受感应距离和感应物的反射率影响，产生的光电流也会随此变化，从而导致三极管Q2无法完全导通，因此，当客户需求感应距离要远，感应灵敏时，可以通过加大电阻R5的阻值来提高三极管Q3的导通率。在调整红外感应的距离和灵敏度时，要电阻R1和电阻R5相互协调来调整，如：电阻R5的阻值固定，调整电阻R1的阻值；或电阻R1的阻值固定，调整电阻R5的阻值，以实现提高红外的感应距离和灵敏度，但发射管IR1在脉冲控制的情况下，要求电流控制在500mA以内，因此，优选调整电阻R1的阻值。

进一步来说，如图4所示，当感应物逐渐超出红外的感应区时，红外接收管PT1的光电流减小，使得三极管Q2和三极管Q3不能完全导通，三极管Q3的集电极不能完全拉低，那么解调出来的数字信号，则会维持高电平状态；此时通过对电阻R1和电阻R5的阻值调整，可以改善红外的发射强度、三极管Q2和三极管Q3的导通率，从而明显提高红外感应系统的感应范围和灵敏度。这种硬件参数的调整，在低成本的前提下，不仅可以满足客户不同感应距离的需求，而且这种检测方式距离比较精准，不会导致误触发或者无反应的情况。

此外，通过波形驱动的方式控制发射管IR1，不仅可以提高传感器的使用寿命，还能滤除环境光线的干扰，提高了红外传感器的抗干扰能力。

通过实测数据，结合传感器的应用场景，找到最合适的驱动方式来让传感器工作，能有效避免发射管长时间工作导致的发热问题，提高了传感器的使用寿命。

如图4所示，解调的红外信号之所以是波形信号，原因就是由于发射管IR1是波形驱动的控制方式。

进一步来说，三极管Q2为S8550三极管，三极管Q3为SS8050三极管。

具体地，S8550三极管属于PNP型三极管，SS8050三极管属于NPN型三极管

进一步来说，单片机MCU以脉冲控制方式驱动发射管IR1。

进一步来说，单片机MCU为CBM7332FLQ1D。

进一步来说，如图5所示，控制Power_Contrl端口和/或OUT端口以20Ms为周期输出驱动波形，开10Ms关10Ms，在每次关闭发射管IR1之前再读取红外接收管PT1的OUT端口信号，这样子可以确保发射管IR1处于稳定的工作状态，读取到的信号更可靠。

进一步来说，如图6所示，发射管IR1波形控制函数放在定时中断10Ms扫描处理一次，放在定时中断能确保函数扫描处理不被其他程序影响，保证时间的准确性，b_RedWire_Tx是Power_Ctrl控制端口的取反标志位，b_RedWire_Tx＝1代表着Power_Ctrl控制端口为高电平，发射管IR1工作，这个时候再进行OUT端口的信号读取处理。

b_RedWire_Rx是OUT端口信号的标志位，b_RedWire_Rx＝1代表着OUT端口被拉低，接收到感应信号，信号读取完成后，读取信号完成标志位b_RedWire_Rx_Done_Flag＝1，同时将b_RedWire_Tx标志位取反，即b_RedWire_Tx＝0，意味着Power_Ctrl控制端口被关闭，完成一次脉冲控制。

进一步来说，如图7所示，为红外接收管PT1信号读取完成后，对信号进行滤波处理并执行相应功能函数，函数放在主程序扫描，只有当读取信号完成标志位b_RedWire_Rx_Done_Flag＝1时才会进行信号处理。程序先是判断接收信号是否有电平变化，若有变化，则进行刷新处理，否则进入滤波处理，即要求信号维持当前电平100Ms后，才能认定该变化有效，接着读取OUT端口的电平信号，若是OUT端口是低电平，则认为感应有效，此时进行二次滤波处理，也就是要求5次采集到的结果均是OUT＝0时，才认为是感应成功，执行相应功能处理。多次滤波的方式，可以更进一步提高红外感应系统的抗干扰能力。

由此，可根据客户需求红外感应的检测距离的不同，通过对硬件参数的调整，实现不同检测距离的控制，这种感应距离的调整，可以在满足客户要求的同时，还能解决传感器由于宽范围感应距离容易导致误触发的问题。

根据不同的感应距离需求，设置不同的可检测距离，同时通过软件对检测信号进行一定的滤波处理，可以很好的解决红外感应系统在工作过程中受到光线干扰而导致的不稳定性，同时考虑到红外感应系统因为受到感应物反射率的影响，转换出来的电信号微弱且波动较大，在满足客户低成本需求的同时，还对接收信号进行了放大处理，提高红外感应的灵敏度。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

还应当理解的是，在解释元件的连接关系或位置关系时，尽管没有明确描述，但连接关系和位置关系解释为包括误差范围，该误差范围应当由本领域技术人员所确定的特定值可接受的偏差范围内。例如，“大约”、“近似”或“基本上”可以意味着一个或多个标准偏差内，在此不作限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种感应距离可调的红外对管感应控制系统，其特征在于：包括红外发射部分、红外接收部分以及控制模块，所述红外发射部分包括红外发射模块电路，所述红外接收部分包括红外接收模块电路和放大电路，所述控制模块包括单片机MCU，所述单片机MCU分别与所述红外发射模块电路、所述红外接收模块电路和所述放大电路电连接，所述单片机MCU驱动所述红外发射模块电路发射红外信号，当红外信号被遮挡时，所述红外接收模块电路接收红外信号并流经所述放大电路将红外信号放大以及将红外信号转换为电平信号反馈到所述单片机MCU中。

2.根据权利要求1所述感应距离可调的红外对管感应控制系统，其特征在于：所述红外发射模块电路包括发射管IR1、电阻R1、电阻R2、电阻R7和三极管Q1，所述发射管IR1的正极连接电源+5V，所述发射管IR1的负极与所述电阻R1一端相连，所述三极管Q1的集电极与所述电阻R1另一端相连，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基级与所述电阻R2相连并通过所述电阻R2接地，所述三极管Q1的基极与所述单片机MCU的Power_Contrl端口连接，所述电阻R7串联在所述三极管Q1的基极与所述单片机MCU的Power_Contrl端口之间。

3.根据权利要求2所述感应距离可调的红外对管感应控制系统，其特征在于：所述红外接收模块电路包括红外接收管PT1，所述放大电路包括三极管Q2、三极管Q3、电阻R3、电阻R4和电阻R5，所述红外接收管PT1一端与所述三极管Q2的基极相连，所述红外接收管PT1另一端接地，所述三极管Q2的发射极和所述三极管Q3的集电极与所述控制模块的OUT端口连接，所述电阻R3串联在所述三极管Q2的发射极和所述控制模块的OUT端口之间，所述三极管Q2的集电极、所述三极管Q3的基级与所述电阻R5相连并通过所述电阻R5接地，所述三极管Q3的发射极与所述电阻R4相连并通过所述电阻R4接地。

4.根据权利要求3所述感应距离可调的红外对管感应控制系统，其特征在于：所述三极管Q2为S8550三极管，所述三极管Q3为SS8050三极管。

5.根据权利要求2所述感应距离可调的红外对管感应控制系统，其特征在于：所述单片机MCU以脉冲控制方式驱动所述发射管IR1。

6.根据权利要求2所述感应距离可调的红外对管感应控制系统，其特征在于：所述单片机MCU为CBM7332FLQ1D。