红外线发射器基本电路图及什么原理？

点击联系发帖人 时间：2022-05-08 15:17

简单的红外发射与接收电路图

随着物联网的发展，检测是否有人经过，或者检测人的动作，红外线人体感应器的应用原来越普及。

红外线人体感应器是指当有人进入产品的感应范围之后用探测仪探测人体的变化。而本文将着重介绍红外线人体感应器的工作原理。

红外线人体感应器的外形图

红外智能节电开关是基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通负载，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后，延时自动关闭负载。人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，安全节能，更显示出人性化关怀。

所谓的人体红外感应开关是指一种当有人从红外感应探测区域经过而自动启动的开关。人体红外感应开关的主要器件为人体热释电红外传感器。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10μm左右的红外线，被动式红外探头就是探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能触发开关动作。人不离开感应范围，开关将持续接通；人离开后或在感应区域内长时间无动作，开关将自动延时关闭负载。

基于红外线技术的自动控制产品。过零检测功能：无触点电子开关，延长负载使用寿命。应用光敏控制，开关自动测光，光线强时不感应。以上是人体红外感应开关的特点的一些相关介绍，希望可以提供参考。

一些公共厕所里面的自动水龙头，是通过红外线反射原理，当人体的手或身体的某一部分在红外线人体感应器的红外线区域内，红外线发射管发出的红外线由于人体手或身体摭挡反射到红外线接收管，通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲电磁阀，电磁阀接受信号后按指定的指令打开阀芯来控制头出水；当人体的手或身体离开红外线感应范围，电磁阀没有接受信号，电磁阀阀芯则通过内部的弹簧进行复位来控制的关水。

红外线人体感应器性能稳定，真正做到了既节能又环保，可以说是声光控产品的完美替代产品。它是通过人体辐射、能自动快速开启各种灯具、防盗报警器、自动门等各种设备。特别适用于中、高级宾馆、公寓、企事业单位、商场、过道、走廊等。触发方式为一次触发及连续触发。

BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。

3、具有独立的高输入阻抗运算放大器

4、内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰

5、内设延迟时间定时器和封锁时间定时器

可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时

，允许重复触发；反之，不可重复触发

控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo

输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在

输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保

输出延迟时间Tx的调节端

触发封锁时间Ti的调节端

参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时

运算放大器偏置电流设置端

第二级运算放大器的输出端

第二级运算放大器的反相输入端

第一级运算放大器的同相输入端

第一级运算放大器的反相输入端

第一级运算放大器的输出端

BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。

以下图所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。不可重复触发工作方式下的波形

1、利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。

2、然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(≈0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。

3、由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。

4、COP3是一个条件比较器。当输入电压Vc<VR(≈0.2VDD)时，COP3输出为低电平封住了与门U2,禁止触发信号Vs向下级传递；而当Vc>VR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。

5、当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。

以下图所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。

BISS0001的热释电红外开关应用电路图

上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。

R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选0.1U。

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在家用电器、安全保卫、工业控制以及人们日常生活中广泛应用，特别是家用电器、安全保卫。

　　当家里的电视或者VCD、DVD较多时，有时候用器它们，会产生冲突，发生误操作。本来只想遥控当中的一台机器，但是两台电视机或者一台VCD（DVD）和一台电视机同时受到遥控。仔细分析，这两个设备产生冲突是由编码的问题引起的，由于它们有相同的地址编码，所以会同时发生动作，这就造成了上述麻烦。解决问题的关键在于，给每个电器设置不同的地址编码，当遥控时，先发送地址编码，地址相同的才能接受动作，接受后续发来的数据，先选择要遥控的对象，而后再按键执行相应的动作。

在本文的设计中，用单片机模拟遥控器编码，从矩阵键盘输入要遥控的地址，然后通过红外发光二极管发射编码信号，接收部分先把发射部分发射的编码信号接收下来，再和自己本身的地址作比较，如果地址相同，则点亮一只二极管，表示地址相同，遥控成功；否则二极管仍旧是熄灭的。

　　此设计是根据红外线遥控的设计的，可以在此基础上设计出解决家用电器“打架”现象的电路，应用到实际生产中，因此具备一定的实用性。

　　红外线遥控一般由发射器和接收器两部分组成。发射器由指令键、指令信号产生电路、调制电路、驱动电路及红外线发射器组成。当指令键被按下时，指令信号产生电路便产生所需要的控制信号，控制指令信号经调制电路调制后，最终由驱动电路驱动红外线发射器，发出红外线遥控指令信号。

　　接收器由红外线接收器件、前置放大电路、解调电路、指令信号检出电路、记忆及驱动电路、执行电路组成。当红外接收器件收到发射器的红外指令信号时，它将红外光信号变成电信号并送到前置放大电路进行放大，再经过解调器后，由信号检出电路将指令信号检出，最后由记忆电路和驱动电路驱动执行电路，实现各种操作。

　　控制信号一般以某些不同的特征来区分，常用的区分指令信号的特征是频率和码组特征，即用不同的频率或者编码的电信号代表不同的指令信号来实现遥控。所以红外遥控通常按照产生和区分控制指令信号的方式和特征分类，常分为频分制红外线遥控和码分制红外线遥控。

　　图1 遥控发射部分组成

　　1 红外遥控系统发射部分

　　红外遥控发射器由键盘矩阵、遥控专用集成电路、驱动电路和红外发光二极管三部分组成，结构如图1所示。

　　当有键按下时，系统延时一段时间防止干扰，然后启动振荡器，键编码器取得键码后从ROM中取得相应的指令代码（由0和1组成的代码），遥控器一般采用电池供电，为了节省电量和提高抗干扰能力，指令代码都是经32～56kHz范围内的载波调制后输出到放大电路，驱动红外发射管发射出940nm的红外光。当发送结束时振荡器也关闭，系统处于低功耗休眠状态。载波的频率、调制频率在不同的场合会有不同，不过家用电器多采用的是38kHz的，也就是用455kHz的振荡器经过12分频得到的。

　　遥控发射器的信号是由一串0和1的二进制代码组成的，不同的芯片对0和1的编码有所不同，现有的红外遥控包括两种方式：脉冲宽度调制（PWW）和脉冲位置调制（PPM或曼彻斯特编码）。两种形式编码的代表分别是NEC和PHILIPS的RC-5。

　　2 红外遥控系统接收部分

　　接收部分是由放大器、限幅器、带通滤波器、解调器、积分器、比较器等组成的，比如采用较早的红外接收二极管加专用的红外处理电路的方法，如CXA20106，此种方法电路复杂，现在一般不采用。但是在实际应用中，以上所有的电路都集成在一个电路中，也就是我们常说的一体化红外接收头。一体化红外接收头按载波频率的不同，型号也不一样。由于与CPU的接口的问题，大部分接收电路都是反码输出，也就是说当没有红外信号时输出为1，有信号输出时为0，它只有三个引脚，分别是+5V电源、地、信号输出。

　　1 单片机编码发射部分

　　红外遥控器的发射器电路比较简单，由一个4×4矩形键盘、一个PNP驱动三极管、一个红外线发光二极管和两个限流电阻组成。要遥控哪台接收器由键盘输入，即由键盘输入要红外遥控的地址，地址经过编码、调制后通过红外发光二极管发射出去。

矩阵键盘部分由16个轻触按键按照4行4列排列，将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的作为输入。当没有键被按下时，所有输出端都是高电平，代表没有键按下。有键按下时，则输入线就会被拉抵，这样，通过读入输入线的状态就可以知道是否有键被按下。

　　键盘的列线接到P1口的低4位，行线接到P1口的高4位，列线P1.0～P1.3设置为输入线，行线P1.4～P1.7设置为输出线。

　　图2 载波调制示意图

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1、K38Hz红外发射与接收红外线遥控器在家用电器和工业控制系统中已得到广泛应用，了解他们的工作原理和性能、进一步自制红外遥控系统，也并非难事。1.红外线的特点人的眼睛能看到的可见光，若按波长排列，依次（从长到短）为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，如图1所示。累刘纠訝音淖|箕険|坯|虹外CJ0 俪 0.47 0.4S 0.58 Q.60 0.罚谕冋由图可见，红光的波长范围为 0.62卩0.76卩m,比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控器就是利用波长 0.76卩m-1.5卩m之间的近红外线来传送控制信号的。红外线的特点是不干扰其他电器设备工作，也不会影响周边环境。电路调试简单，若对发射信号

2、进行编码，可实现多路红外遥控功能。2.红外线发射和接收人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两部分。发射部分的发射元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光，如图2所示。丄O1712J+-十Out c百(3)常用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm左右，外形与普通 5mm发光二极管相同，只是颜色不同。一般有透明、黑色和深蓝色等三种。判断红外发光二极管的好坏与判断普通二极管一样的方法。单只红外发光二极管的发射功率约100mW/红外发光二极管的发光效率需用专用仪器测定，而业余条件下，只能凭经验用拉距法进行粗略判定。接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二

3、极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。然而现在不论是业余制作或正式的产品，大都采用成品的一体化接收头，如图3所示。红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。所以，有了一体化接收头，人们不再制作接收放大电路，这样红外接收电路不仅简单而且可靠性大大提高。图3是常用两种红外接收头的外形，均有三只引脚，即电源正 VDD 电源负(GND和数据输出(Out)。接收头的弓I脚排列因型号不同而不尽相同，图 3 列出了

4、因接收头的外形不同而引脚的区别。红外接收头的主要参数如下：工作电压：4.85.3V工作电流：1.72.7mA接收频率：38kHz 峰值波长：980nm静态输出：高电平输出低电平：w 0.4V 输出高电平：接近工作电压3 红外线遥控发射电路红外线遥控发射电路框图如图4所示。L.1R 乂框图4是目前所有红外遥控器发射电路的功能组成，其中的编码器即调制信号，按遥控器用途的编码方式可以很简单、也可以很复杂。例如用于电视机、VCDDVDffi组合音响的遥控发射的编码器，因其控制功能多达50种以上, 此时的编码器均采用专用的红外线编码协议进行严格的编程，然而对控制功能少的红外遥控器，其编码器是简单而

5、灵活。前者编码器是由生产厂家的专业人员按红外遥控协议进行编码，而后者适用于一般电子技术人员和电子爱好者的编码。图4中的38kHz振荡器即载波信号比较简单，但专业用的和业余用的也有区别，专业用的振荡器采用了晶振，而后者一般是RC振荡器。例如彩电红外遥控器上的发射端用了 455kHz的晶振，是经过整数分频的，分频系数为 12，即455kHz -12=37.9kHz。当然也有一些工业用的遥控系统，采用36kHz、40kHz或56kHz等的载波信号。因红外遥控器的控制距离约10米远，要达到这个指标，其发射的载波频率(38kHz)要求十分稳定，而非专业用的 RC(38kHz)载波频率稳定性差，往

6、往偏离38kHz甚至很远，这就大大缩短了遥控器的控制距离。因晶振频率十分稳定，所以专业厂家的遥控器全部采用晶振的38kHz作遥控器的载波发送信号。图4中编码器的编码信号对38kHz的载波信号进行调制，再经红外发射管D向空间发送信号供遥控接收端一体化接收头接收、解调输出、再作处理。利用红外线的特点，可以制作多路遥控器。在遥控发射电路中，有两种电路，即编码器和38kHz载波信号发生器。在不需要多路控制的应用电路中，可以使用常规集成电路组成路数不多的红外遥控发射和接收电路，该电路无需使用较复杂的专用编译码器，因此制作容易。4. 频分制编码的遥控发射器在红外发射端利用专用（彩电、VCD D

7、VD等）的红外编码通讯协议作编码器，对一般电子技术人员或业余爱好者来说，是难于实现的，但对路数不多的遥控发射电路，可以采用频分制的方法制作编码器，而对一路的遥控电路，还可以不用编码器，直接发射38kHz红外信号，即可达到控制的目的。图5是一种一路的红外遥控发射电路，在该电路中，使用了一片ICl高速CMO型4-2输入的“与非”门74HC0Q集成电路，组成低频振荡器作编码信号（，用IC2 555电路作载波振荡器，振荡频率为f0（38kHz）。fl对f0 进行调制，所以IC2的脚的波形是断续的载波，该载波经红外发光二极管发送到空间。电路中的关键点 A、B、B波形如图2所示，其中B是未调制的

8、波形。_mimiiiLJtn出在图5中，选用了 555电路作载波振荡器，其目的是说明电路的调制工作原理，即利用大家熟悉的555产生38kHz方波信号，再利用555的复位端脚作调制端，即当脚为高电平时，555是常规的方波振荡器；当脚为低电平时，555的脚处于低电平。脚的调制信号是由ICI的与非门的低频振荡器而获得。在实际应用中，遥控发射器是3V电池供电，为此只需把555电路I Cl剩余的两个与非门组成的38kHz取而代之，如图7所示。注意：这里未引用CMOS 4-2输入的“与非”门CD4011作图5电路中的编码器和载波发生器，是因为 CD4011作振荡产生方波信号时，属于模拟信号的应

9、用。为了保证电路可靠起振，其工作电压需4.5V以上，而74HC00的CMO集成电路的最低工作电压为2V，所以使用3V电源，完全可以可靠的工作。5. 遥控接收解调电路图8为红外接收解调控制电路，图8中IC2是LM567 LM567是一种锁相环集成电路，采用8脚双列直插塑封装，工作电压为+4.75+9V,工作频率从直流到500kHz,静态电流约8mA脚为输出端，静态时为高电平，是由内部的集电极开路的三极管构成，允许最大灌电流为100mA鉴于LM567的内部电路较复杂，这里仅介绍该电路的基本功能。LM567的、脚外接的电阻（R3+RP）和电容C4,决定了内部压控振荡器的中心频率f01 , f

10、0仁1/1.1RC，、脚接的电容 C3 C4到地，形成滤波网络，其中脚的电容C2,决定锁相环路的捕捉带宽，电容值越大，环路带宽越窄。脚接的电容C3为脚的2倍以上为好。弄清了 LM567的基本组成后，再来分析图8电路的工作过程。ICl是红外接收头，它接收图1发出的红外线信号，接收的调制载波频率仍为38kHz,接收信号经ICI解调后，在其输出端OUT俞出频率为f1（见图2）的方波信号，只要将LM567的中心频率f01调到（用RP）与发射端f1（见图2）相同，即f0 仁fl，则当发射端发射时，LM567开始工作，脚由高电平变为低电平，该低电平使三极管8550导通，在A点输出开关信号驱动D触发

11、锁存器，再由它驱动各种开关电路工作。这样，只要按一下图1电路的微动开关K,即发射红外线，接收电路图4即可输出开关信号开通控制电路，再按一下开关K,控制开关信号关闭，这就完成了完整的控制功能。6. 小结禾I用图5和图8的电路，可以实现多路遥控器，即在发射端，将 IC l组成的低频振荡器，其电路模式不变，只改变电阻R2,即可构成若干种R组成的多个频率不同的低频振荡器（即编码），利用微动开关转接，38kHz的载波电路共用；在接收电路中，一体化红外接收头共用，再设置与接收端编码器相同个数的LM567锁相器和后级锁相驱动控制电路，各锁相环的振荡频率与各编码器的低频编码信号的频率对应相等。这样发射端（图5）按压不同的按钮，载波信号接入不同频率编码的调制信号时，在接收端（图8），各对应的LM567的脚的电平会发生变化，从而形成多路控制信号。上述所述的工作方式，称为频分制的编码方式。这种频分制工作方式，其优点是可实现多路控制，但缺点是电路复杂，对于路数不多的控制电路，因电路工作原理简单，对一般电子技术人员仍然是有用的。

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