《红外遥控器》PPT课件.ppt

第五章：红外遥控器,5.1 红外线的概念与特征,基本概念,5.1 红外线的概念与特征,基本特性,温度大于绝对0度的物体，均向外辐射红外线 光热效应。（被红外线照射可使物体发热，如红外线照射可促进血液循环） 红外线波长介于可见光与微波之间，近红外线有可见光传播特性，直线，反射，折射。远红外有微波特点，能穿透部分不透明物质。,红外线应用,红外线摄像（如：小区夜晚红外摄像头） 红外检测（如：视频小车） 热释电红外探测（如：红外感应灯，红外制导） 。,5.2 红外传感器,功能: 红外线 电压 分类： 主动型（光探测型）：红外发射传感器,接收传感器成对使用。 被动型（热探测型）：热源(红外源)热释电红外传感器 电压。,光探测型（主动）,热探测型（被动）,P77,5.2 红外传感器 一、红外发光二极管,分类： 砷化镓GaAs LED ：发光效率10%-20%，高于可见光LED. 铝化镓GaAlAs LED: 发光效率接近20%，高于GaAs LED,价格较贵 激光二极管LD(Laser Diod): 方向性好，能量集中，昂贵，寿命短。,注:LED是Light Emitting Diode的缩写，即发光二极管 IR是Infra-Red的缩写，即红外,封装：玻璃或树脂透镜窗口+金属或陶瓷底座,5.2 红外传感器 一、红外发光二极管,基本特性 红外波长：遥控用红外LED,波长在0.9-1.0微米之间，属近红外。 伏安特性（压流关系）：类同与普通二极管，单向导电性。 输出特性：电流与发出红外光功率关系。,说明：小电流时，输出红外线功率与电流成正比，大电流时，输出红外线功率为饱和值。,5.2 红外传感器 一、红外发光二极管,基本特性 指向特性,球面透镜(辐射角小),平面透镜(辐射角大),主要参数 工作电流IF:允许的长时正常工作直流电流，若长时大于此值，将发热损坏。小功率管为30-50毫安。 峰值电流IFP:允许的瞬时电压最大值，一般为600毫安以上。 Pm与Po: Pm是二极管消耗的功率,Po是发出红外光的功率，效率低于20%。 峰值波长:发出连续谱的红外光，光强最大的红外光的波长为峰值波长，一般为900nm. 反相漏电流IR：红外发光二极管反向未被击穿时反向电流。 响应时间Tw:微秒级。,5.2 红外传感器 一、红外发光二极管,P79,基本驱动方式-直流恒流驱动,5.2 红外传感器 一、红外发光二极管,简单直流驱动,恒流源驱动,P80,注意： 1）峰值电流越大，则峰值功率越大，则发射距离越远。 2）为使LED不因发热损坏，峰值电流越大，方波占空比应越小。 3） 方波可表示0、1序列,故可编码，电视机遥控不同按键发不同编码。,基本驱动方式-脉冲驱动 （P81 图5-7）,5.2 红外传感器 一、红外发光二极管,P81,红外发光二极管的应用,5.2 红外传感器 一、红外发光二极管,P82,原理：半导体的光电效应：光照射-光电流 外形：透明玻璃外壳+底座,5.2 红外传感器 二、光电二极管,P83,基本特性 伏安特性,5.2 红外传感器 二、光电二极管,在反偏状态下，受光照射时导通，该电流称为光电流，光照强度越大，光电流越大。数量级：微安级，几十微安。,光谱响应特性,光谱范围：400-1100纳米。 峰值波长：880-900纳米。,P83,基本特性 光照特性,5.2 红外传感器 二、光电二极管,在反偏状态下，反偏电压大于某临界值时，光生电流与光照强度呈线性关系，而与电压几乎无关。,P84,基本应用,5.2 红外传感器 二、光电二极管,P85,注：1)为保证光强与光电流呈线性关系，反向电压应大于5V. 2)左图中Rb，Rc不宜过大，否则退化为开关电路。,光电流放大,光开关电路,光电三极管,5.2 红外传感器 三、光电三极管,P87,模型：光电二极管并联晶体三极管。光电流是毫安级（二极管是微安级）。 外观：只引出C极和E极，与光电二极管一样。为滤除可见光，常采用黑色树脂封装，球形封装的作用是聚光。,光电三极管组成的电路,5.2 红外传感器 三、光电三极管,P89,（a）光电开关 （b）光电放大,5.3 红外专用接收集成电路,从红外电视机遥控器说起：,静音键,1,0,0,0,1,1,编码,对40KHz矩形波调制,毫秒级,1,0,0,0,1,1,驱动红外LED发出红外光,微秒级，小占空比,P89,5.3 红外专用接收集成电路,CX20106A功能：解调设定频率的红外脉冲。,1,0,0,0,1,1,CX2016A,1,0,0,0,1,1,CX2016A,解码,静音命令,P89,5.3 红外专用接收集成电路,P90,放大：自适应放大倍数 限幅：消除寄生调幅分量 带通滤波：中心频率由5脚外接电阻确定。 检波:提取包络 积分:平滑 整形输出：输出高低电平表示的0、1脉冲。,5.3 红外专用接收集成电路,P90,1脚：光电信号输入 5脚：电阻确定载波脉冲频率 7脚：输出解调波 其他脚:固定接法,一、红外线遥控的基本概念 二、红外线遥控的特性 三、红外线遥控的基本原理,5.4 红外线遥控的基本原理,指令按键,信号产生,调制,讨论问题：能够区分多个按键的红外遥控原理,驱动电路,红外发射,红外接收,前置放大,解调,执行环节,执行电路,记忆驱动,调制方式：二进制脉冲幅度调制（PAM Pulse Amplitude Modulation） 脉冲频率调制,频分制与码分制,5.4 红外线遥控的基本原理,频分制：不同频率代表不同命令,频率为F1的方波发生器,频率为F2的方波发生器,。,频率为F3的方波发生器,。,频率为F3的方波发生器,驱动电路,红外发射,P93,频分制与码分制,5.4 红外线遥控的基本原理,码分制：按键编码后再进行二进制调幅。 （注意这里的码分制不是码分复用CDMA的概念）,P93,指令按键,指令编码,振幅调制,驱动放大,红外发射,红外接收,前置放大,解调电路,指令解码,记忆驱动,执行环节,被控对象,指令编码：首部标示+指令信息+尾部标识，编/解码有专用IC: PT2262/PT272。,振幅调制：将0，1编码转换成载波脉冲的有无，振幅解调有专用IC:CX20106等。,5.4 红外线遥控的基本原理 四、常用红外光发射电路 讨论问题：如何产生红外脉冲。 思考: 为何要产生红外脉冲? 画出Vc及Pin3的波形。,P94,工作原理：令C1电压=0 - S=1 -pin3 = “1”, Pin7 内悬空-C1通过R1+R2充电-C1充电到0.66Vcc时，R=1,Pin3 = “0”,Pin7内接地-C1通过R2放电。放到0.33Vcc时，S=1,Pin3 = “1”; Pin7内悬空 - C1通过R1+R2充电VT1/VT2部分分析：书上有错，Pin3输出”1“，VT1饱和导通，VT2截止。反之VT2导通。LED1在SA闭合时候恒亮（高频率的亮灭交替）。参数计算：Pin3高电平持续TH = 0.69（R1+R2）C1 低电平持续TL=0.69R2*C1 问:T,红外脉冲占空比？如何获得红外窄脉冲（高占空比）。,2.多谐振荡红外光发射电路（分立元件，成本低） 3.集成振荡红外光发射电路,5.4 红外线遥控的基本原理 四、常用红外光发射电路,P95,a,b,c,d,e,各IC均为反相器，集成在CD4069中,令电容的初始电压为0，C点初始点电压为0，试绘出a,e的电压波形。,脉冲周期：2.2(R2+Rp)C,5.7 红外遥控器的应用举例 一、单通道红外线遥控电路,P102-103,(1)两个振荡电路，红外接收头，LM567作用。 (2)通读分析（P102-P103） (3)思考回答: LM567 3脚及8脚波形？,F2 = 1/1.1RC,正比于频率捕捉范围,38KHz一体化红外接收头,补充：RC电路充电时间,电路中的电容原来未充电，uC(0-)=0。t=0时开关闭合，求解此电路：,思路：电路已经是最简式，直接列微分方程求电容电压变化。,(1)微分方程：,(2)非齐次方程解的结构：,为齐次解（对应齐次方程,的解）,为特解（一个满足非齐次方程,注：特解一般具有与输入激励函数相同的模式,补充：RC电路充电时间,，解方程：,令：,解得：,求齐次解,求特解,代入方程：,令：,解得：,补充：RC电路充电时间,故：,式中的常数K由什么确定？,Answer:初始条件,所以：,进一步可求得：,补充：RC电路充电时间,补充：RC电路充电时间,思考：从上图看充电时间应该是4RC,为什么我们的系数有时候是0.69，有时候是2.2 ？,答：有的充电从0.33Vcc0.66Vcc(0.69) 有的充电从逻辑低电平到逻辑高电平（2.2）,5.7 红外遥控器的应用举例 二、家用多路红外遥控器,104,LC2190功能：集编码及调制为一体。,思考：编码的概念（爆破），对什么编码？调制的概念？,RP,C2:载波频率控制，一般为38KHz。,S1,S2:连续发射，单次发射的概念？,5.7 红外遥控器的应用举例 二、家用多路红外遥控器,104,电源电路,解调电路,译码电路,说明：VT2发射极画反了。,5.7 红外遥控器的应用举例 五、卫生间湿手烘干器,109,请同学分析：提示GT外特性,5.7 红外遥控器的应用举例 补充实例红外反射式自来水龙头,视频引例 热体红外辐射规律：热体 温度越高，辐射的红外线频率越高。 热释电红外传感原理:,5.8 热释电红外传感器 一、热释电红外传感器的工作原理,极化体,捕获的电荷,原理：红外照射内部极化程度变弱内部电场减弱表面电荷欲“逃脱” ，产生对外电压（热释电效应）内外电场再平衡对外不显电性。,平衡时对外不显电极性,思考：要不断对外产生电压，有何要求？,110,5.8 热释电红外传感器 二、热释电红外传感器的组成,110,滤光片：通过波长：7-14微米（人体9微米）可见光及其他波长红外被滤除。 探测元件：热释电效应器件 场效应管：阻抗匹配，信号放大。,5.8 热释电红外传感器 二、菲涅尔透镜,功能： （1）聚焦 （2）形成交替的“盲区” “高灵敏区”，人移动时产生“红外脉冲”，使传感器持续输出信号。,112,5.8 热释电红外传感器 一种人体活动时的热释电红外检测模块,三线引脚：VSS Vdd 信号线 1-bit 输出 工作电压：3.3-5V 探测距离：6米 触发方式跳线可选： （1）人体移动时输出高电平，人体静止输出低电平。 （2） 人体移动时输出脉冲，人体静止是输出低电平。 思考：如何设计视频中的人体移动报警器。 单片机 Vs 555,5.9 热释电红外遥控电路应用举例 二.防盗报警电路,分析提示：ua741理想运放， 整流，驱动。,第5章复习,红外线特性及其传感器 红外脉冲载波的产生 编码及解码的概念 红外遥控发射器及接收器 热释电红外器件及应用,