红外监测电路的设计与制作

红外检测在自动控制领域应用如同“眼睛”一样，可以用来检测黑线和白线。当反射面为白色时，反射光线较强，接收管有信号；当反射面为黑色时，红外线被吸收，接收管无信号。具体应用有巡线小车、电梯准确平层等。但由于外界干扰而经常导致误动作，干扰源如自然光中的红外线等。虽然有时使用滤光片，也很难从根本上解决问题。本文介绍的电路对发射管的发光进行了 方波脉冲调制，使其发射频率可调。电路的核心为音频锁相环LM567芯片，在网上可找到它的PDF。右图为LM567的引脚结构图；整个红外检测电路的原理图如下图所示。

具体的元件参数标在图中。LM567的5脚、6脚接的电位器R8、C2决定了电路的振荡频率

用示波器可观察5脚为方波信号SOUT。它送到三极管Q1基极，以控制三极管的通断,当其为高电平时红外发光管FS1导通，低电平红外发光管截止。1脚、2脚接滤波电容C3、C4，容值在图2中标出。3脚接输入信号，仅当该输入信号与5脚信号的振荡频率、相位相同时，输出端8脚才输出低电平，发光二极管FS2亮；否则8脚一直输出高电平，发光二极管FS2不亮。由于以该振荡频率照射的红外线是很少的，所以电路的抗干扰性很好。如果另有一个红外线发光管照射接收管JS，但调制频率不同于该接收管电路的振荡频率，由于LM567的鉴频功能，在8脚仍不能得到低电平信号输出。

调节电位器R8可以改变LM567的振荡频率，有时需要在距离较小的范围内分布多对红外管，这时可以将它们各自设置成不同的频率，以避免相互干扰。

图中采用NE5532运算放大器构成比较器，也可以用比较器LM339代替。接收管的输入信号经过C1电容后从正脚输入比较器，比较电平在负脚输入比较器，通常将比较电平设为2.5伏，可以调节电位器R7适当提高比较电平。

CD40106为施密特触发器，用于对比较器输出的信号进行整形,当发射管和接收管对照时，在其2脚得到的信号应为整形后的方波。该施密特触发器还有一个反相作用。如果不反相，或者再经过一级施密特触发器反相而输入到LM567的3脚，在8脚都不会得到输出，这是由于LM567对相位敏感。

在实际制作时，容易弄混红外发光二极管与光敏二极管或光敏三极管。可采用如下办法区分：用万用表(R×1kΩ档)来测量电阻，用手捏住管子(避光)，其正向电阻为20～40kΩ，而反向电阻大于200kΩ左右的是红外发光二极管；正反向电阻都接近∞的是光敏晶体管；正向电阻在10kΩ左右，反向电阻接近∞。的是光敏二极管。红外发光二极管长脚为正端，短脚为负端；光敏晶体管管脚较长的是发射极，另一脚是集电极；光敏二极管可用万用表来测出正极和负极。

在调试电路时，如果一切正常，现象应该如下：当用白纸挡住红外发射管，使它发出的红外线能反射而被接收管接收时，发光二极管FS2会发光，这表明LM567的8脚为低电平，即监测到白线：否则发光二极管FS2不会发光，表明检测范围内没有物体或为黑色物体。如果不正常,有一个简便的办法可以检测LM567是否正常工作：将LM567的5脚直接和3脚短路，如果这时8脚输出低电平，即发光二极管FS2发光，则证明LM567正常工作。否则应检查LM567的外围电路或者集成电路本身是否有问题。通常发射部分较接收部分容易调试。

本来LM567的工作频率为O．01Hz到500 kHz，但此电路在实际制作时工作频率在3 kHz左右获得的效果较好，检测的距离不很远，大约能达到2～3厘米，但这对于一般的检测要求已经足够了。如果频率较高，检测距离会减小。电位器R6控制发光管的强度。可以适当减小阻值以增强光强。整个电路的抗干扰性较好，检测灵敏度较高，具体的检测距离可以通过在实际中根据需要调节。

整个电路采用5伏供电，OUT输出脚可以送到单片机的的中断引脚已引发红外检测中断。由于仅用到一对红外管，只用到NE5532的一个放大器，CD40106也只用到六个施密特触发器中的一个，如果一块电路板上集成多对红外管时，其它部分也可以用得上。LM567、NE5532、CD40106都是在电子市场上容易买到的器件，红外发光管和接收管也比较常见。

印刷电路板PCB版图如图3所示，其中各个元器件的标号与原理图中一致。

实物照片如图4所示。图中，左侧并列的两个黑色的管子为红外管，下方为发射管，上方为接收管。实际的红外管并非都为黑色，这里是将红外发光管和接收管用黑色胶布包住，以避免它们相互间的直射干扰。图示情况为检测到白色障碍物时的情况，左侧为一白色硬纸片。检测距离为2厘米左右，此时LM567输出端8脚输出低电平，发光二极管FS2亮。右下脚的发光管为红色指示发光二极管FS2。整个电路结构虽然较传统的红外检测电路复杂，但是解决了干扰问题，提高了系统的稳定性。

图为检测到白色障碍物时的情况。