反射式红外传感器电路的工作原理及应用

反射式红外传感器电路的工作原理及应用反射式红外线传感器电路的核心器件是两个中规模集成电路.分别是锁相环音频译码集成电路LM567和双定时器NE556(或定时器NE555).它能够有效地检测到进入其设定的感应区域的人体(或物体)并控制电磁阀等设备产生相应动作。经适当改装，可作为厕所大小便节水器、自动洗手器、自动干手器、红外线报警器、节水型沐浴器、自动玻璃门等的控制电路。其突出优点是无须进行频率调整、使用方便、电路集成化程度较高，体积小，工作稳定可靠.能耗小。本文以反射式红外线传感器用于厕所大小便节水器控制电路为例介绍其工作原理.并适当介绍在其他电器上的应用。1、LM567振荡信号的产生反射式红外线节水器由LM567及其外围电路产生方波振荡信号.并将接收的信号同其产生的方波信号的频率与相位进行比较，当某一连续输入的信号落在给定的通频带内时.锁相环电路将此信号锁定，即所谓的锁相[1]。定时器NE556的一部分用于产生约40M的振荡信号.作为LM567产生的方波振荡信号的载波：另一部分构成单稳态触发器，只有当人刚走时，它才会接收到负脉冲，并开始计时放水，定时结束，关闭水阀。反射式节水器电路原理如图1所示。锁相环音频译码器LM567为8脚双直列塑料封装.其主要参数为：电源电压4.75～9V；静态工作电流8mA：最高工作频率500kHz；8脚最大吸收电流100mA：静态功耗30mW[2]。其5、6脚外接的电阻R5和电容C7组成低频振荡电路，产生方波振荡信号，由R5、C7决定内部振荡器的中心振荡频率.改变电阻R5的值可以非常方便地改变振荡频率[3]，其公式为：8kHz的方波振荡信号由LM567的5脚输出.经三极管Q1放大整形后送至NE556的4脚。2、NE556载波信号的产生与调制过程2.1载波信号的产生NE556的1、2、6三个引脚及外接的R10、R11和C9组成振荡器.产生方波振荡信号作为载波信号。其振荡过程是：首先Vcc通过电阻R10和R11向C9充电，当充电2、6脚电压大于2/3Vcc(充电时间tPH≈0.7(R10+R11)C9)[4]时，5脚输出低电平；定时电容C9通过R11和NE556内部的放电管放电，当放电至5、6脚电压小于1/3Vcc(放电时间tPL≈0.7R11C9)[4]时，5脚输出低电平，NE556内部的放电管截止，Vcc再对C9充电。5脚输出的方波振荡信号的振荡频率为：2.2调制与红外线发射过程由LM567的5脚输出，经三极管Q1送至NE556的复位端4脚的8kHz的方波控制上述振荡过程。当NE556的4脚电压为低电平时，NE556的输出端5脚恒为低电平；4脚电压为高电平时.NE556和R10、R11、C9振荡产生41MHz的载波信号[5]；8kHz的方波通过这种方式调制41MHz的载波信号。NE556经5脚输出的已调信号经三极管Q5由红外线发射管DS1发射红外线脉冲信号，调节电位器W。可调节发射信号的强弱。3、红外线信号的接收与解调当有人在节水器前时，红外线发射管DS1发出的红外线脉冲信号经人体反射.红外线信号接收器IC3接收到这一红外线脉冲信号.并将其转换成电信号后解调，经二极管D1、D2限幅后送到LM567的输入端3脚。在LM567内部，3脚的输入信号与LM567振荡信号的频率必定严格相同.即所谓的锁相，这时由8脚输出低电平，发光二极管DS2亮，表示有人在节水器前[6]。当无人在节水器前时。由于没有反射，IC3接收不到红外线脉冲信号。则发光二极管DS2不亮。所以.当有人在节水器前时.LM567的8脚输出低电平，Q2的集电极为高电平；当无人时，8脚输出高电平，Q2的集电极为低电平；则人走时，Q2集电极电平由高变低。这一信号经三极管Q2送至电容器C10，由于C10的隔离作用，集成电路NE556的低触发端8脚得到触发负脉冲。4、放水与放水时间的控制电阻R12和C8为定时元件，决定放水时间。由于电阻R10端接至电源Vcc，NE556的8脚一直保持高电平，设C8已充电至高电平，则输出端9脚为低电平；当C8放电使12、13脚低于2/3Vcc时，9脚输出仍保持低电平。只有当有人离开节水器时.Q2集电极电平由高变低，经电容器Cm送到集成电路NE556的低触发端8脚为触发负脉冲.使9脚输出高电平.定时器进入暂稳态，NE556内部的放电管截止，Vcc通过电阻R12对C8充电。当充电至2/3Vcc时，8脚也为高电平，则9脚翻转为低电平，电路恢复至稳定状态.完成单稳态触发器工作过程[5]。放水过程结束。同时NE556内部的放电管导通，使电容器C10放电，并使9脚保持低电平。所以放水时间由Vcc通过电阻R12对C8充电至2/3Vcc所需的时间决定，即代人R12和C8的值，得放水时间为4.84s。调节R12和C8，可调节放水时间，即用于大便节水时，时间要长一些。用于小便节水时，时间则短一些。当有人刚离开时.NE556输出端9脚输出高电平，通过D3和R16使复合管Q4、Q6导通，继电器K，通电吸合，控制电磁阀放水，放水时间4.84S；在其他情况下，9脚都输出低电平，继电器K1不吸合，电磁阀控制不放水。5、红外线自动洗手器或自动干手器红外线自动洗手器或自动干手器的工作过程是：当有人伸手到洗手器或干手器下时，洗手器放出自来水或干手器吹出暖风.所以反射式红外线传感器电路要进行适当的改变。将双定时器NE556换成定时器NE555.只用于产生用于LM567的5脚输出的8kHz振荡信号的载波.即将图l中所示的NE556的IC，A部分换成NE555.而将LM567的8脚输出低电平信号直接送到反向放大器Q2的输入端，Q2的输出信号接于功率放大器Q6的基极，通过Q6控制电磁阀的动作[7]。当反射式红外线传感器电路用于红外线报警器、节水型沐浴器、自动玻璃门等的控制时，只需要对电路稍加改造，即可适应这些电器的控制。6、结语反射式红外线传感器电路主要由两个中规模集成电路构成。集成化程度较高，分立元件数较少。电路简单，线路板体积较小。耗能小；由于LM567内置锁相环，无须进行频率调整。该电路在各类家用电器、安全保卫和宾馆酒店等场所具有较强的实用性。