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 一、介紹

隨著科技進步，各種電子產品的自動化程度也跟著提高，自動化程度越高的產品，代表也包含了更多的感測組件。為了避免人眼被環境中各種產品或設備感測時發射的光干擾，所以使用人眼無法察覺的紅外線(Infrared; IR)產品做為傳感器。

這份應用手冊將會介紹如何利用紅外線發射組件(InfraredEmitter)及紅外線接收組件(Infrared Receiver)作物體偵測應用。

最常見的紅外線發射及接收組件就是紅外線發光二極管(IR Light-emitting diode; IR LED)及光三極管(Photo Transistor; PT)，圖一為基本的 IR LED 搭配 PT 的應用電路。

圖一

原理說明：

IR LED 為發射端，順向電流(Forward current; IF)越大發射的輻射強度越大。

PT 為接收端，收到的輻照度越大，產生的光電流 IC(on)越大。

調整 Rlimit 值可控制 IF 的大小。

調整 RL 值可控制 Vout 的大小。

Vout 可接 MCU 的 ADC(Analog-to-Digital Converter)或 GPIO 做準位判斷。

判斷說明：

無輻照度時，PT 截止，Vout 輸出為高電平(Vcc)

輻照度低時，PT 導通，Vout 輸出為高電平(Vcc – (Ic x RL))

輻照度高時，PT 飽和，Vout 輸出為低電平(VCE(sat))

注：VCE(sat)為 PT 飽和電壓。

二、利用反射式 ITR 做物體偵測方法：

IR LED 通常和 PT 一起搭配作為物體偵測或是遮斷偵測應用。圖二為利用 IR LED 發射 IR 經由物體反射到 PT 做反射式物體偵測的示意圖。

為了避免 IR LED 發射的 IR 不經過物體反射，直接在機構內照射到 PT 造成誤判，所以 IR LED 跟 PT 必須有效隔離。利用底下的兩項特性，即可做到反射物的距離偵測。

反射物距離越近，PT 收到的反射輻照度越強，輸出的電流會越高。

不同的材料會有不同的反射率，一般顏色越深、表面越粗糙的物體反射率越低，同距離情況下，接收端輸出的電流相對會降低。

圖二

圖三

若使用直流(Direct current; DC)的偵測方式，在 ITR 被環境光照射時容易造成誤判。

原因是 PT端無法分辨接收到的輻照度是來自于環境光，還是 IR 經物體反射。

改善方式如圖四，把 IR 的發射方式從DC改為脈沖(Pulse)，然后PT需分別偵測每次IR Off及IR On時的電壓值Vout(Off)及Vout(On)，此時 Vout(Off)就代表環境光造成的偏移值(Offset)，Vout(On)代表的則是環境光加上 IR 發射時的電壓值，故 Vout(On)和 Vout(Off)之間的電壓差就是單純 IR 發射時造成的電壓值。

此方式除了可以降低環境光的干擾，也因為 IR 的發射是利用 Pulse 短時間點亮，故可以利用更強的電流驅動來偵測更遠的距離。

圖四

圖五為 PT 實際輸出波形的例子，可發現在 IR 從 On 切換到 Off 時，PT 會有一段延遲時間，故在取樣 Vout(Off)時，需確認 PT 輸出電壓已經穩定，避免后續計算物體偵測變異量時造成誤判。

圖五

三、結論

調整 IF 或 RL 可以調整物體偵測距離，若想增加偵測距離且無功耗考慮，建議以增加 IF 優先，因加大 RL 同時也會增加光干擾的強度；若是要降低偵測距離則以降低 RL 電阻值優先，同時降低環境光干擾。

四、型號推薦

直插型：ITR20001/T24、ITR-9908、ITR8307

貼片型：ITR8307/S18/TR8、ITR8307/L24/TR8、ITR1502SR40A

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