发布时间 : 星期三 文章红外线自动控制水龙头李卫鹏更新完毕开始阅读9eddaee7d15abe23482f4d99
NE555，在发射电路部分主要是NE555发出固定的振荡信号来驱动SE303向外发射出红外线信号。现在分别介绍来这个电路中的定时器NE555和红外线发射管SE303。
3.2.1 NE555
555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。
555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。因为施密特触发器的另外一个输出端（3号脚）专门作为多谐振荡器的输出，所以我们可以最大限度地保证多谐振荡器的带负载能力。这个多谐振荡器可以驱动小型继电器。
555 集成电路是8 脚封装，双列直插型，如图3-4（a）（b），按输入输出的排列可看成如图所示。其中6 脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2 脚称触发端(TR)，是下比较器的输入；3 脚是输出端(Vo)，它有O 和1 两种状态，由输入端所加的电平决定；7 脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4 脚是复位端(MR)，加上低电平时可使输出为低电平；5 脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值；8 脚是电源端，1 脚是地端。
图3-4 555定时器电气原理图（a）电路符号（b）
3.2.2 红外线发射管
在这里我们选用的红外发射管为SE302
红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各
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种光电开关及遥控发射电路中。红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树封装。
红外发射管发光的原理是半导体PN结中的电子与空穴复合时产生光子，不同的材料由于能带宽度不同，导致发光颜色和导通电压不同。另外，不同材料的发光效率（一般以量子效率衡量，量子效率=发射的光子数/流过的电子数）也有较大的差别。
对做传感器的红外线发射管要求亮度非常高，颜色要合适，光斑形状要合适。为了防止红外线发射管损坏，应该注意：（1）红外线发射管的伏安特性曲线很陡，测试和使用时一定要串联电阻用来限制电流。（2）氮化镓材料的高亮度红外线发射管非常容易被反向电压、静电或者电源尖峰击穿损坏，电源电压较高时不可以反馈。
不同的管子允许的工作电流不同，红外的平均电流最大可以用到100毫安，用作调制时几十微妙的窄脉冲峰值甚至可以接近1安。3毫米的白色高亮度管子持续最大电流20毫安，一般低亮度的管子要小一些，工作电流的限制一是发热限制平均电流，二是高电流下亮度饱和限制峰值电流，有些管子电流大了之后还会变色。
3.3 接收电路
接收电路：它接收外界的光源，是一个承上启下的电路PH302接收被反射的光（红外线光或者其他其他光线）并将其转化为电信号，然后经过三极管VT1、VT2对电流的放大。现在对红外线接收器和三极管分别进行介绍。
3.3.1 接收器
在这里使用的是红外接收管PH302。
红外线接收管是在LED行业中命名的，是专门用来接收和感应红外线发射管发出的红外线光线的。
光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外或者可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。它包括一个可以发射红外光的固态发光二极管和一个用作接收器的固态光敏二极管（或光敏三极管）。
标准的光电传感器可以分为漫反射型、反射型、对射型、槽型、光纤传感器、色标传感器、光通讯、激光测距、光栅、防爆/隔爆型等十种。它的特长有以下七点：
（1）检测距离长
如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等） 无法离检测。
（2）对检测物体的限制少
由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定 在金属，它可对玻璃.塑料.木材.液体等几乎所有物体进行检测。
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（3）响应时间短
光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。
（4）分辨率高
能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。
（5）可实现非接触的检测
可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。
（6）可实现颜色判别
通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合 而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。
（7）便于调整
在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。
在投射可视光的类型中，投光光束是眼睛可见的，便于对检测物体的位置进行调整。
因此,光电式传感器在检测和控制中得到广泛的应用。通过几种传感器的辩证比较，我选择了第四种——光电传感器，并采用其中的反射式光电传感器来作为我设计的核心元件。
红外线接收管原理：
红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接受入射光线，PN结面积尽量做的比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对（简称：光生载流子）。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。红外线接收二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
3.3.2 三极管
半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极的引线分别叫做基极B、发射机E和集电极C能起到放大震动震荡开关等作用的半导体器
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件。如图3-5 三极管元器件图
图3-5 三极管元器件图
晶体三极管以下简称三极管，按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。 对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结，而集电区与基区形成的PN结称为集电结，三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。
当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。由于基区很薄，加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic，这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib 式中：β1--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：β= △Ic/△Ib。式中β--称为交流电流放大倍数。由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β
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