一、介紹

隨著科技進(jìn)步，各種電子產(chǎn)品的自動(dòng)化程度也跟著提高，自動(dòng)化程度越高的產(chǎn)品，代表也包含了更多的感測(cè)組件。為了避免人眼被環(huán)境中各種產(chǎn)品或設(shè)備感測(cè)時(shí)發(fā)射的光干擾，所以使用人眼無(wú)法察覺(jué)的紅外線(Infrared; IR)產(chǎn)品做為傳感器。

這份應(yīng)用手冊(cè)將會(huì)介紹如何利用紅外線發(fā)射組件(InfraredEmitter)及紅外線接收組件(Infrared Receiver)作物體偵測(cè)應(yīng)用。

最常見(jiàn)的紅外線發(fā)射及接收組件就是紅外線發(fā)光二極管(IR Light-emitting diode; IR LED)及光三極管(Photo Transistor; PT)，圖一為基本的 IR LED 搭配 PT 的應(yīng)用電路。

圖一

原理說(shuō)明：

IR LED 為發(fā)射端，順向電流(Forward current; IF)越大發(fā)射的輻射強(qiáng)度越大。

PT 為接收端，收到的輻照度越大，產(chǎn)生的光電流 IC(on)越大。

調(diào)整 Rlimit 值可控制 IF 的大小。

調(diào)整 RL 值可控制 Vout 的大小。

Vout 可接 MCU 的 ADC(Analog-to-Digital Converter)或 GPIO 做準(zhǔn)位判斷。

判斷說(shuō)明：

無(wú)輻照度時(shí)，PT 截止，Vout 輸出為高電平(Vcc)

輻照度低時(shí)，PT 導(dǎo)通，Vout 輸出為高電平(Vcc – (Ic x RL))

輻照度高時(shí)，PT 飽和，Vout 輸出為低電平(VCE(sat))

注：VCE(sat)為 PT 飽和電壓。

二、利用反射式 ITR 做物體偵測(cè)方法：

IR LED 通常和 PT 一起搭配作為物體偵測(cè)或是遮斷偵測(cè)應(yīng)用。圖二為利用 IR LED 發(fā)射 IR 經(jīng)由物體反射到 PT 做反射式物體偵測(cè)的示意圖。

為了避免 IR LED 發(fā)射的 IR 不經(jīng)過(guò)物體反射，直接在機(jī)構(gòu)內(nèi)照射到 PT 造成誤判，所以 IR LED 跟 PT 必須有效隔離。利用底下的兩項(xiàng)特性，即可做到反射物的距離偵測(cè)。

反射物距離越近，PT 收到的反射輻照度越強(qiáng)，輸出的電流會(huì)越高。

不同的材料會(huì)有不同的反射率，一般顏色越深、表面越粗糙的物體反射率越低，同距離情況下，接收端輸出的電流相對(duì)會(huì)降低。

圖二

圖三

若使用直流(Direct current; DC)的偵測(cè)方式，在 ITR 被環(huán)境光照射時(shí)容易造成誤判。

原因是 PT端無(wú)法分辨接收到的輻照度是來(lái)自于環(huán)境光，還是 IR 經(jīng)物體反射。

改善方式如圖四，把 IR 的發(fā)射方式從DC改為脈沖(Pulse)，然后PT需分別偵測(cè)每次IR Off及IR On時(shí)的電壓值Vout(Off)及Vout(On)，此時(shí) Vout(Off)就代表環(huán)境光造成的偏移值(Offset)，Vout(On)代表的則是環(huán)境光加上 IR 發(fā)射時(shí)的電壓值，故 Vout(On)和 Vout(Off)之間的電壓差就是單純 IR 發(fā)射時(shí)造成的電壓值。

此方式除了可以降低環(huán)境光的干擾，也因?yàn)?IR 的發(fā)射是利用 Pulse 短時(shí)間點(diǎn)亮，故可以利用更強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)來(lái)偵測(cè)更遠(yuǎn)的距離。

圖四

圖五為 PT 實(shí)際輸出波形的例子，可發(fā)現(xiàn)在 IR 從 On 切換到 Off 時(shí)，PT 會(huì)有一段延遲時(shí)間，故在取樣 Vout(Off)時(shí)，需確認(rèn) PT 輸出電壓已經(jīng)穩(wěn)定，避免后續(xù)計(jì)算物體偵測(cè)變異量時(shí)造成誤判。

圖五

三、結(jié)論

調(diào)整 IF 或 RL 可以調(diào)整物體偵測(cè)距離，若想增加偵測(cè)距離且無(wú)功耗考慮，建議以增加 IF 優(yōu)先，因加大 RL 同時(shí)也會(huì)增加光干擾的強(qiáng)度；若是要降低偵測(cè)距離則以降低 RL 電阻值優(yōu)先，同時(shí)降低環(huán)境光干擾。

四、型號(hào)推薦

直插型：ITR20001/T24、ITR-9908、ITR8307

貼片型：ITR8307/S18/TR8、ITR8307/L24/TR8、ITR1502SR40A

PS:如需億光光電開(kāi)關(guān)的樣品測(cè)試、規(guī)格書(shū)資料、應(yīng)用技術(shù)咨詢等，請(qǐng)聯(lián)系超毅電子。