【雕爷学编程】Arduino动手做（45）---红外避障传感器

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试做实验，不管成功与否，都会记录下来---小小的进步或是搞不定的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料+代码+图形+仿真）

实验四十五：红外避障传感器模块（光电接近开关）

红外对管

是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收头配合在一起使用时候的总称。在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线。红外线发射管在LED封装行业中主要有三个常用的波段，如下850NM、875NM、940NM。根据波长的特性运用的产品也有很大的差异，850NM波长的主要用于红外线监控设备，875NM主要用于医疗设备，940NM波段的主要用于红外线控制设备，如红外线遥控器、光电开关、光电计数设备等。

红外线发射管（IR LED）

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，主要应用于各种光电开关、触摸屏及遥控发射电路中。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、黑色的树脂封装。

主要参数

发射距离、发射角度（15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度）、发射的光强度、波长。以上为物理参数，需了解其电性能参数：市场上常用的直径3mm,5mm为小功率红外线发射管，8mm,10mm为中功率及大功率发射管。小功率发射管正向电压：1.1－1.5V，电流20mA,中功率为正向电压：1.4-1.65V 50－100mA，大功率发射管为正向电压：1.5-1.9V200－350mA.煜星电子做出1－10W大功率红外线发射管可应用于红外监控照明。

工作原理

普通的的红外线发射管外形和一般的可见光LED相似，但却是发出红外线。其管压一般降约1.4v，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。发射红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值Ip，就能增加红外光的发射距离。提高Ip的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T，一些彩电红外遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约为1/3-1/4；一些电器产品红外遥控器，其占空比是1/10。减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。普通的红外发光二极管，其功率分为小功率(1mW-10mW)、中功率（20mW-50mW)和大功率（50mW-100mW以上)三大类。要使红外发光二极管产生调制光，只需在驱动管上加上一定频率的脉冲电压。红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外接收二极体，光电三极管等。

红外光

是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家赫歇尔于1800年发现，又称为红外热辐射，热作用强。他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒介。 太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为(0.75-1)～(2.5-3)μm之间；中红外线，波长为(2.5-3)～(25-40)μm之间；远红外线，波长为(25-40)～l500μm 之间。

红外线（Infrared）

是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在1mm到760纳米（nm）之间，比红光长的非可见光。高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。含热能，太阳的热量主要通过红外线传到地球。如图所示，我们把红光之外的辐射叫做红外线（紫光之外是紫外线），肉眼不可见。可见光是指肉眼可见的光波域从400nm（紫光）到700nm（红光），而波长760nm到1mm之间的光称为红外线，是一种肉眼看不到的光。借助一些光学设备，我们可以感受到红外线，通常红外线摄像机接收到红外线后会将其转化为可见的绿光，我们的肉眼永远见不到真正的红外线。电影中常出现的能看到红外线的眼镜也是不存在的。

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。一般情况下都是与红外线发射管成套运用在产品设备当中。红外线接收管有两种，一种是光电二极管，另一种是光电三极管。光电二极管就是将光信号转化为电信号，光电三极管在将光信号转化为电信号的同时，也把电流放大了。因此，光电三极管也分为两种，分别是NPN型和PNP型。红外接收管的作用是进行光电转换，在光控、红外线遥控、光探测、光纤通信、光电耦合等方面有广泛的应用。

工作原理

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，和普通二极管相比，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。

红外避障传感器模块（距离可调光电接近开关）

模块描述

该传感器模块对环境光线适应能力强，其有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，经过比较器电路处理之后，绿色指示灯会亮起，同时信号输出接口输出数字信号（一个低电平信号），可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围 2～30cm，工作电压为 3.3V-5V。该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、避障小车、流水线计数及黑白线循迹等众多场合。

红外避障模块电原理图

模块参数说明

1 当模块检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时 OUT端口持续输出低电平信号，该模块检测距离 2～30cm，检测角度 35°，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加；逆时针调电位器，检测距离减少；

2、传感器主动红外线反射探测，因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。其中黑色探测距离最小，白色最大；小面积物体距离小，大面积距离大；

3、传感器模块输出端口 OUT 可直接与单片机 IO 口连接即可，也可以直接驱动一个 5V 继电器；连接方式：VCC-VCC；GND-GND；OUT-IO；

4、比较器采用 LM393，工作稳定；

5、可采用 3-5V 直流电源对模块进行供电。当电源接通时，红色电源指示灯点亮；

6、具有 3mm 的螺丝孔，便于固定、安装；

7、电路板尺寸：3.2CM*1.4CM

8、每个模块已经将阈值比较电压通过电位器调节好，非特殊情况，请勿随意调节电位器。

模块接口说明
1 VCC 外接 3.3V-5V 电压（可以直接与 5v 单片机和 3.3v 单片机相连）
2 GND 外接 GND
3 OUT 小板数字量输出接口（0 和 1）

/*

【Arduino】168种传感器模块系列实验（45）

实验四十五：红外避障传感器模块（距离可调光电接近开关）

*/

void setup()

{

      pinMode(3,INPUT); 

      pinMode(13,OUTPUT); 

}

void loop() 

{

  if (digitalRead(3)) {

      digitalWrite(13,LOW);

  }

  else

  {

      digitalWrite(13,HIGH); 

      delay(1000); 

  }

}

　　实验的灵敏度比预料高一些，感应到单只手，40CM处就可触动开关了