紅外感應原理基礎知識包括：紅外感應開關原理、去除環境光的干擾、解決感應波動問題、增大感應距離、提升抗干擾能力。本文主圍繞著紅外線發光二極管，光敏二極管展開解說：

所謂的紅外感應開關，只是利用了人眼看不到的紅外線來感應物體的，感應開關的核心元器件就是紅外反射傳感器了。紅外反射傳感器包括一個紅外線發光二極管和一個紅外線光敏二極管，它們兩個都朝著一個方向，被封裝在一個塑料外殼里。使用的時候，紅外線發光二極管點亮，發出一道人眼看不見的紅外光。如果傳感器的前方沒有物體，那么這道紅外光就以每秒299792458 米的速度（光速）消散在宇宙空間。但如果傳感器前方有不透明的物體時，紅外光就會被反射回來，照在自己也照在旁邊的紅外線光敏二極管身上。紅外線光敏二極管收到紅外光時，其輸出引腳的電阻值就會產生變化。判斷紅外線光敏二極管的阻值變化，就可以感應前方物體，控制電器開關了。

下圖主要原理把紅外線發光二極管以某一頻率進行調制，即讓它以一定的頻率閃爍。在紅外線光敏二極管一端則設計一個電路，讓接收端可以篩選出這一頻率的紅外光源。因為環境里的紅外光要么是沒有頻率的，要么就是有著自己固定的頻率。像收音機一樣，傳感器只要以自己的頻率發射，再以自己的頻率接收就可以過濾其他頻率光源的干擾了，而且由于接收管膠體也對可見光的波段光源進行過濾，所以在室內使用的情況下是沒有問題的。

不過，當強光照進室內，感應開關受強光的影響而處在不穩定的狀態，自行的開關，或是對反射物體沒有反應。家里常用的電視機紅外線遙控器也會讓感應開關失靈。即使把它放在陰暗的角落也會出現一個討厭的問題，當反射物體處在某一個臨界距離時，感應開關就會不斷的開關，繼電器的吸合很快，好像一臺電報機。這是因為反射物體正好處在了感應區的臨界點上，也就是“感應到”和“感應不到”的分界線上，物體微微靠近或離開就會產生開關狀態的改變。所以一般現都會通過單片機對光干擾進行軟件上的處理，而且電路比用硬件來做簡單得多。具體電路如下所示：

對于設計中存在的一些問題：

1. 如何去除環境光的干擾？

與之前的硬件調制解調的方式不同，在使用ADC 功能之后，另一種解決方案會讓測試更有效率。那就是使用雙重檢測的方法，前提條件是單片機可以控制紅外發光二極管的開關。首先大家要制作ADC 功能可以讀出接在ADC 接口上電壓的模擬量，數值從0 到255（十進制）。紅外光敏二極管接收的紅外光線強時，ADC讀出的數值就大，反之就小。我們要做的就是控制紅外發光二極管在發光時讀一次ADC的數值，然后再讓紅外發光二極管熄滅，再讀一次ADC 的數值。我們先假設沒有其他紅外光源的干擾，當紅外發光二極管熄滅時，紅外光敏二極管應該檢測不到光源，ADC讀出的數值也應該為0；當紅外發光二極管點亮，且沒有反射物理時，ADC讀出的值也應該很小，接近于為0；當有反射物理時，紅外光敏二極管檢測到光源，ADC 讀出的數值會變大。如果存在其他光源的干擾，那么當紅外發光二極管熄滅時也會讀到較大的數值，雙重檢測讀出的數值的差距越大，表示干擾光源越弱，反之則越強。我們通過這種雙重檢測就可以判斷接收到的紅外光是不是發射端發出來的了，兩次檢測的數值之差就是我們需要的最終數值。最終數值將參與下面的算法處理，也是我們判斷、處理的關鍵數據。單片機需要控制紅外發光二極管高速開關，以便更快的采集數據。

最終數值 = 紅外發光二極管點亮時ADC讀出的數值 - 紅外發光二極管熄滅時ADC讀出的數值

2. 如何解決臨界點的感應波動問題？

微微向前一點就觸發，微微向后一點就關斷，這是臨界點問題的困擾。問題的根源在于觸發的臨界點和關斷的臨界點是同一個距離。只要在基于單片機系統中把這兩個臨界點分開，就可以解決這個問題了。我們知道了，單片機需要處理的數據是“最終數值”，它是紅外發光二極管開、關狀態時ADC讀出的數值之差。最終數值也是一個從0 到255 之間不斷變化的變量，反射物理離傳感器越近，“最終數值”就越大。如果我們在程序里設置當“最終數值”大于某一值時（例如200）就觸發開關，小于這一值時就關斷開關。這樣編程的效果就是單一臨界點的不穩定開關，單片機既然都可以模仿不穩定的開關，自然也很容易創造穩定的開關了！只要寫一下程序的設置就可以很輕松的讓它變得穩定。雙臨界點的設計只需要兩個數值的條件判斷：當“最終數值”大于某一值時（例如200）就觸發開關，當“最終數值”小于另一個數值時（例如150）就關斷開關。這樣一來，在150 和200 之間就會創建一塊中間區域。當反射物理在這個區域前后移動時，開關仍保持其原來的狀態，或判斷、或觸發。這種雙臨界點的設計，其實是給反射物體一個活動空間，對反射物體的穩定性要求降低了，系統狀態就自然穩定了下來。在實際調試過程中可以根據應用的需要修改雙臨界點的兩個數值。比如做自動手龍頭，手的移動范圍較大，所以應該

留出較大的活動區域。如果是做自動尋跡小車的傳感器，則可以用較小的活動區域，甚至改用單臨界點來實現。雙臨界點的設計是有啟發性的，你可以利用此設計來做更多的事情，或者用在其他傳感器的穩定性設計之中。如下圖所示：

3. 如何增加感應的成功率和可靠性？

“最終數值”處理和雙臨界點設計都可以增加系統的穩定性，可以如果檢測出錯、或者出現誤差，在多

次數據采集中出現幾次失敗和誤差是很正常的事情，但如果這些誤差左右了開關的狀態，給采集到的數據把關。一旦出現錯誤就放棄當前的數據，重新采集，這種設計就是一種冗余。所以設計了一段循環檢測語句，連續20 次檢測和判斷采集到的數據，如果20 次中有1次誤差就馬上放棄當前的所有數據，重新檢測。連續20 次檢測已經算是很穩定的了，當然你也可以為了更穩定而改用連續50 次、100 次的檢測，但是系統的反應速度會慢，靈敏度下降。靈敏度和穩定度之間的矛盾是剛性的，在實際測試中找到適合目標系統的檢測次數就可以了。“最終數值”、雙臨界點和20 次連續檢測聽上去好像是很復雜的事情，可是在程序里面卻是很簡單的幾條語句。設計的重點不在于程序的復雜性，而是整個系統的設計思路。下面列出一段關鍵程序部分與大家分享，這個簡單的程序包含了以上講到的3種抗干擾設計。

RAM_H = Read_ADC; //讀出LED亮時ADC端口的值

RAM_L = Read_ADC; //讀出LED 滅時ADC端口的值

RAM_H = RAM_H - RAM_L; //取2次檢測值之差，避開環境光干擾

if(RAM_H > 0x06)

{ //開啟時的距離（應該小于關閉時的距離）

CON++; //計數加1

CON2 = 0;

if(CON > 20)

{ //連續20 次檢測，以避開干擾

CON = 0;

LED_Y = 0; //LED 指示燈點亮

}

}

if(RAM_H < 0x03)

{ //關閉時的距離

CON2++;

CON = 0;

if(CON2 > 20)

{

CON2 = 0;

LED_Y = 1; //LED 指示燈熄滅

}

}

“最終數值”、雙臨界點和20次連續檢測的程序部分

4. 如何增大感應距離？

基于單片機的紅外傳感器的感應距離和單片機的ADC 精度、雙臨界點數值、紅外發光二極管的功率、紅外光敏二極管的靈敏度和反射物理的反光效果有關，一般的感應距離不會超過20CM。不過對于開關感應開關的設計已經是足夠了。要想增加感應距離可以改進以下幾方面。不過更遠的感應距離反而會讓系統產生許多不確定因素，效果反而不佳。具體的一些設計要求如下：

1、 提高ADC精度，例如將8位ADC換成10 位或12 位ADC。

2、 將雙臨界點的數值設置得更小。

3、 用LED驅動電路提高紅外發光二極管的功率（即提高亮度），或是多個紅外發射管來增加功率。

4、 為紅外光敏二極管一端加裝信號放大電路，或是增加透鏡來增加感光面積來提高靈敏度。

5、 盡量使用反光效果好的反射物體（如白紙、鏡面）

5. 如何進一步提升搞干擾能力？

最后一個問題是同頻環境光的干擾，所謂的同頻干擾，就是假設紅外感應開關的周圍正好存在這么一個紅外光源，它也按一定的頻率點亮和熄滅，而已這一頻率正好和紅外感應開關中紅外發光二極管的亮、滅頻率一致，且周期相同。這種巧合并不只是彩票頭獎的幸運觀眾才能遇見的，當多個紅外感應開關在較近的距離內同時使用，問題就自然會出現。如果它們之間的距離不能改變，那就只有用跳頻的方法來解決了。跳頻技術在移動電話和無繩電話機上已經成為必備的功能，為了防止竊聽或當某一頻道被占用時，電話機會自動切換到別的頻道，讓通信更穩定、可靠。對于紅外感應開關來說，跳頻并沒有那么復雜，只要在程序中不斷改變紅外發光二極管的亮、滅時間，用不同的頻率去檢測，其他干擾光源也以相同頻率跳變的機會就少之又少了，再加上前面介紹的20 次連續檢測功能，再遇見干擾的可能性幾乎為0了。