紅外線是波長(zhǎng)介于微波和可見光之間的電磁波，波長(zhǎng)在 760 納米到 1 毫米之間，是波形比紅光長(zhǎng)的非可見光。自然界中的一切物體，只要它的溫度高于絕對(duì)零度(-273)就存在分子和原子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，其表面就會(huì)不停的輻射紅外線。當(dāng)然了，雖然是都輻射紅外線，但是不同的物體輻射的強(qiáng)度是不一樣的，而我們正是利用了這一點(diǎn)把紅外技術(shù)應(yīng)用到我們的實(shí)際開發(fā)中。

紅外發(fā)射管很常用，在我們的遙控器上都可以看到，它類似發(fā)光二極管，但是它發(fā)射出來的是紅外光，是我們?nèi)庋鬯床坏降?。我們學(xué)過發(fā)光二極管的亮度會(huì)隨著電流的增大而增加，同樣的道理，紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線的強(qiáng)度也會(huì)隨著電流的增大而增強(qiáng)，常見的紅外發(fā)射管如圖所示。

紅外發(fā)射管

紅外接收管有兩種，一種是光敏二極管，另外一種是光敏三極管，接收管內(nèi)部是一個(gè)具有紅外光敏感特征的 PN 節(jié)，屬于光敏二極管，在光敏二極管的基礎(chǔ)上增加一個(gè)光電放大器(HFE)，形成光敏三極管。光敏接收管可以通過往封裝膠里添加濾光色劑達(dá)到它只對(duì)紅外光有反應(yīng)的效果。無紅外光時(shí)，光敏管不導(dǎo)通，有紅外光時(shí)，光敏管導(dǎo)通形成光電流，并且在一定范圍內(nèi)電流隨著紅外光的強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大。典型的紅外接收管如圖所示。

紅外接收管

這種紅外發(fā)射和接收對(duì)管在小車、機(jī)器人避障以及紅外循跡小車中有所應(yīng)用，所以我提供一個(gè)原理圖給大家作為學(xué)習(xí)之用，如圖所示。

紅外避障、循跡原理圖

在圖中，發(fā)射控制和接收檢測(cè)都是接到單片機(jī)的 IO 口上的。

發(fā)射部分：當(dāng)發(fā)射控制輸出高電平時(shí)，三極管 Q1 不導(dǎo)通，紅外發(fā)射管 L1 不會(huì)發(fā)射紅外信號(hào);當(dāng)發(fā)射控制輸出低電平的時(shí)候，通過三極管 Q1 導(dǎo)通讓 L1 發(fā)出紅外光。

接收部分：R4 是一個(gè)電位器，我們通過調(diào)整電位器給 LM393 的 2 腳提供一個(gè)閾值電壓，這個(gè)電壓值的大小可以根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)試確定。而紅外光敏二極管 L2 收到紅外光的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生電流，并且隨著紅外光的從弱變強(qiáng)，電流會(huì)從小變大。當(dāng)沒有紅外光或者說紅外光很弱的時(shí)候，3 腳的電壓就會(huì)接近 VCC，如果 3 腳比 2 腳的電壓高的話，通過 LM393 比較器后，接收檢測(cè)引腳輸出一個(gè)高電平。當(dāng)隨著光強(qiáng)變大，電流變大，3 腳的電壓值等于 VCC-I*R3，電壓就會(huì)越來越小，當(dāng)小到一定程度，比 2 腳的電壓還小的時(shí)候，接收檢測(cè)引腳就會(huì)變?yōu)榈碗娖健?/p>

這個(gè)電路用于避障的時(shí)候，發(fā)射管先發(fā)送紅外信號(hào)，紅外信號(hào)會(huì)隨著傳送距離的加大逐漸衰減，如果遇到障礙物，就會(huì)形成紅外反射。當(dāng)反射回來的信號(hào)比較弱時(shí)，光敏二極管 L2接收的紅外光較弱，比較器 LM393 的 3 腳電壓高于 2 腳電壓，接收檢測(cè)引腳輸出高電平，說明障礙物比較遠(yuǎn);當(dāng)反射回來的信號(hào)比較強(qiáng)，接收檢測(cè)引腳輸出低電平，說明障礙物比較近了。

用于小車循跡的時(shí)候，必須要有黑色和白色的軌道。當(dāng)紅外信號(hào)發(fā)送到黑色軌道時(shí)，黑色因?yàn)槲饽芰Ρ容^強(qiáng)，紅外信號(hào)發(fā)送出去后就會(huì)被吸收掉，反射部分很微弱。白色軌道就會(huì)把大部分紅外信號(hào)反射回來。通常情況下的循跡小車，需要應(yīng)用多個(gè)紅外模塊同時(shí)檢測(cè)，從多個(gè)角度判斷軌道，根據(jù)判斷的結(jié)果來調(diào)整小車使其按照正常循跡前行。

審核編輯：湯梓紅