车载红外检测器设计与制作

　　一、检测器的工作原理

　　本检测器由红外发射电路和接收电路组成。检测器的作用就是将路面的标志线信号转化为微控制器可以识别的电信号。检测标志线的原理是：光线照射到路面并反射，由于路面和标志线的反射系数不同，反射光的强弱也不同。当汽车在路面上行驶时，不同强度的反射光会照射到安装在汽车底部的光电传感器上．检测器根据收到的光强度变化把标志线信号转换成电压信号输出。　　

二．光电传威器的选择

　　光电传感器的种类非常多，如何正确的选择是非常重要的。选择的不好，将降低系统的可靠性。例如选择可见光发光管与光敏二极管组成的光电传感器，工作时光敏二极管不但接收发光管送来的亮度信号，同时还接收周围环境光源送来的可见光干扰信号。这种环境光源干扰信号是随机的、频率范围较宽，很难在测量电路中滤除。一旦外界光亮度很强，还可能使电路进入过载区，造成车辆失控。
　　
　　采用反射式红外线发射接收传感器能有效地滤除周围环境光源造成的可见光干扰信号，它由红外发光管和红外接收管组成。红外发光管发出的光是峰值波长为O.88μm-O.94μm，红外接收管的受光峰值波长为0.88um～0.94μm之间，恰好与红外发光管的光峰值波长相匹配并避开了可见光的波长区间。通过用频率调制红外线发射信号，可以把红外发射管发射的红外线和周围环境光源发射的红外线区别开，从而避免阳光和灯光等光线中红外线成分的干扰，提高装置的可靠性。
　　
　　红外发光管的封装有透镜式和平头式，选择红外发光管的封装形式时，还要注意红外发光管的指向性。所谓红外发光管的指向性是指它的发射光强与几何角度的关系，是由封装透镜的形状及管芯与顶端的位置决定的。球面透镜封装的管子指向角度较小，在偏离发射中心线10。角的位置上发射强度只有0。位置上的50％。所以采用指向性好的红外发射管不但可以提高检测的准确性，还减小了对周围光电传感器的影响。

　　三、红外发射电路

　　考虑到环境中红外线光干扰主要是直流分量，采用频率调制红外线发射信号，则可大幅度减少外界干扰。下图是红外发射电路图，它由NE555电路和红外发光管组成。NE555电路和外围阻容元件组成矩形波振荡器，产生。16kHz矩形波信号，驱动红外发光管发射出调制的红外线信号。R1、W1和C1的大小决定调制频率的高低，计算公式为f=1/[1n2(R1+2R2)C1]。
　　
　　红外发光管选用的是TLN107，它的正向工作电流为50mA，峰值电流为600mA，管压降小于1.5V，光波长为O.94μm。
　　
　　在不超过红外发光管的正向工作电流的情况下，如果使用脉宽较小的调制信号，可适当提高红外发光管的驱动电流，这样会提高红外检测器的灵敏度。选取R2阻值的公式为R2=(3.6V一1.5V)/50mA=42Q，选R2为33Q。流过红外发光管的最大电流为lmaX=(3.6VV-1.5V)/33Q=64mA，小于NE555的最大输出电流200mA。如果灵敏度不够。
　　
　　还可继续减小R2的阻值，但不要超过100mA。C2是滤波电容取值为0.01μF。

　　四、红外接收电路

　　在路面上除了标记线外，可能还会有一些污染物，例如脚印，它们也会影响到红外线信号的接收，对测量造成干扰。对这类干扰，可以进行两方面的处理，①调整前置放大级的限幅区。通过调整W1提高前置放大级的放大倍数，使其在白色区域和灰色区域时，都处在一个稳定的限幅状态，只有在红外发光管照射到标记线区域时，才会进入线性区域，引起输出电压的变化。②调整W2，改变比较器参考电压值，去掉污染物造成的信号变化。下图是红外接收电路图，它由红外接收管、前置选频放大器、比较器组成。红外接收管收到的红外线信号较小，通过前置选频放大器放大后，再经过比较器比较，送微控制器处理。对其它频率的干扰信号由于得不到放大而被丢弃。L1为10mH，C1为O.01 μF，该LC谐振回路的谐振频率为f=1／2π（根号）L1C1=16kHz。调整W1可改变谐振回路的Q值，从而改变前置选频放大器的放大倍数和带宽。D1、C2和R3组成检波电路，检出与标记线对应的电平信号。W2和IC2组成比较器，改变W2的值。可改变检测器的灵敏度。R4和D2组成钳位电路，保护后面的微控制器。微控制器收到数据后.可对数据进行进一步的处理。例如可根据车速和距离判断此时数据类型的正确性。

　　五、结语
　　
　　本文详细地介绍了车载红外检测器的设计方法和各元器件的作用。本检测器不但可供全国大学生电子设计竞赛的选手参考。还可作为一种实际的产品用于机动车的行驶控制。
　　
　　通过检测路面的标志信息，及时提示司机该道路的时速限制单行线及前方的路况信息.