崑山科技大學電機工程系
實務專題製作 期末報告
題目：紅外線障礙物偵測
班 級 ：電機工程系 四電機三 A
學號／姓名 ：4060J027 蔡承峰 4060J055 雷子毅
4060J006 郭政威
指 導 老 師：黃清池
中華民國 109 年 06 月
紅外線障礙物偵測
崑山科技大學電機工程系
蔡承峰 雷子毅 郭政威
摘 要
紅外線可以是我們日常生活當中到處都有的一種可見光長的電
波，在一些生活用品上常常可以看到紅外線產品的應用，所以對
於紅外線的原理和應用讓我們深感好奇，決定以紅外線障礙物偵
測做為這次的研究主題。
目 錄
頁數 一、緒論 ... 4 1.1 前言 ... 4 1.2 核心能力 ... 4 1.3 甘特圖 ... 5 1.4 工作分配 ... 5 1.5 儀器設備配置 ... 5 二、理論基礎 ... 6 2.1 紅外線二極體介紹 ... 6 2.1.1 紅外線發射二極體原理... 6 2.1.2 紅外線接收二極體原理... 7 2.2 RELAY 繼電器介紹 ... 8 2.3 直流電源供應器介紹 ... 9 2.4 蜂鳴器介紹 ... 10 2.5 IC7404 介紹... 11 2.6 C8050 介紹 ... 11 2.7 色碼電阻介紹 ... 12 2.8 LED 發光二極體介紹 ... 13 三、實驗方法與步驟 ... 14 3.1 材料成本 ... 14 3.2 電路圖 ... 14 3.3 電路成品 ... 15 四、結果與討論 ... 15 五、結論 ... 15 六、參考文獻 ... 16一、緒論
1.1 前言 做這個專題題材是因為我們發現家裡的電視遙控器是應用紅外線當做感測器來打 開電視的，當紅外線被遮住時電視就會無法開機，於是我們運用這個原理來製作此專題。 1.2 核心能力 核心能力 實務專題工作內容與核心能力關聯 1.運用數學、科學及電機工程知識之能力 查詢元件耐壓耐流，使元件不會因此燒毀 2.設計與執行實驗，以及分析與解釋數據 之能力 在實驗中設計電路，讓電路的波形調整到 正確 3.執行電機工程實務所需之知識、技術以 及使用軟硬體工具之能力 電源器操作，電路連接之工具 4.分析或設計電機工程系統、元件或製程 能力 IC內部構造及功能，如:C1815可作為放大 器使用 5.計畫管理、有效溝通與團隊合作之能力 分配時間設計電路，適當溝通與團隊合作 達到最大效益 6.發掘、分析及處理電機實務問題之能力 上網查詢相關資料，以及相關書籍查閱 7.認識時事議題，瞭解電機工程技術對環 境、社會及全球的影響，並培養持續學習 的習慣與能力 電機在社會上是不可或缺的東西，不管是 什麼事務的不能沒有電機，會使很多東西 不能使用 8.瞭解電機相關產業與技術發展趨勢之 能力 電機可以用在很多物品上，我們製作了障 礙物偵測的電路，是基礎的電路應用 9.理解專業倫理及社會責任 了解相關法規，對於技術方面如施工不當 可能導致人員傷亡1.3 甘特圖
日期
2019 2020 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 4月 5月 閱讀紅外線偵測的書籍與 參考其他學校做的紅外線 偵測 設計電路圖，準備材料 專題製作 給指導老師參考成品及修 正 專題報告製作 成品修正 專題報告撰寫及展示 1.4 工作分配 姓名 本實務專題中擔任之工作項目 蔡承峰 接線、材料採買、報告撰寫 雷子毅 接線、材料採買、報告撰寫 郭政威 材料採買 1.5 儀器設備配置儀器名稱
用途及說明
三用電表 量測 電阻 製作電路 電容 製作電路 LED燈 顯示是否有障礙物 紅外線接收二極體 製作電路 紅外線發射二極體 製作電路 麵包版 製作電路 電源供應器 製作電路 IC腳座 製作電路 蜂鳴器 製作電路二、理論基礎
2.1 紅外線二極體介紹 紅外線二極體由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵 GaAs)製成 PN 接面，外加正向 偏壓向 PN 接面注入電流激發紅外光的二極體。它是窄帶分布，為普通 CCD 黑白攝影 機可感受的範圍，其最大的優點是可以完全無紅暴。所謂紅暴就是指一種濾光不淨的問 題。有時希望用純粹紅外線照明，而在光源加上濾鏡過濾紅外線以外的光。濾光不淨而 有少量紅光被人眼看到，此即紅暴現象。所謂 PN 接面就是一塊半導體晶體一側摻雜成 P 型半導體，另一側摻雜成 N 型半導體，中間二者相連的接觸面稱為 PN 接面。 2.1.1 紅外線發射二極體原理 紅外線二極體大多都是採用無色透明樹脂封裝或黑色、淡藍色樹脂封裝三種形式， 無色透明樹脂封裝的管子，可以透過樹脂材料觀察，若管芯下有一個淺盤，即是紅外二 極體，光電二極體和光電三極體無此淺盤；若是深色樹脂封裝的，可藉助於三用電表R×1k 檔進行區別，紅外發光二極體的反向電阻通常為數百千歐至無窮大，其正向電阻有 15~40kΩ之間(視不同型號和新舊程度而異)；而光電二極體的正向電阻僅為10kΩ左右， 光電三極體的正反向電阻均為無窮大(一律為遮光條件下所測值)。 圖1 紅外線發射二極體 圖1來源： https://www.google.com/search?q=%E7%B4%85%E5%A4%96%E7%B7%9A%E7%99%BC %E5%B0%84%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E9%AB%94&source=lnms&tbm=isch&sa=X &ved=2ahUKEwj1pIOB_5nqAhVJw4sBHftHBl8Q_AUoAXoECAwQAw&biw=1536&bih= 6742.1.2 紅外線接收二極體原理 紅外線接收二極體又叫紅外光電二極體，紅外接收頭一般是接收、放大、解調一體 頭，一般紅外信號經接收頭解調後，數據「0」和「1」的區別通常體現在高低電頻的時 間長短或信號週期上，單片機解碼時，通常將接收頭輸出腳連接到單片機的外部中斷， 結合定時器判斷外部中斷間隔的時間從而獲取數據。重點是找到數據「0」與「1」間的 波形差別。 圖2 紅外線接收二極體 圖2來源： https://www.google.com/search?q=%E7%B4%85%E5%A4%96%E7%B7%9A%E7%99%BC %E5%B0%84%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E9%AB%94&source=lnms&tbm=isch&sa=X &ved=2ahUKEwj1pIOB_5nqAhVJw4sBHftHBl8Q_AUoAXoECAwQAw&biw=1536&bih= 674
2.2 RELAY繼電器介紹 Relay繼電器的結構，如圖3所示 圖3 Relay繼電器結構 三隻腳的那一邊中間腳是輸出觸點的公共端子， 另外兩個引角是線圈，即接驅動端。 另外2個腳那邊分別是常開和常閉觸點。 如圖3：A、B 腳接驅動電路端， 要控制的電路接 1腳 和 2腳 或 3腳 （3腳常閉，2腳常開）
2.3 直流電源供應器介紹 電源轉換流程為交流輸入→EMI濾波電路→整流電路→功率因數修正電路(主動或 是被動PFC)→功率級一次側(高壓側)開關電路轉換成脈流→主要變壓器→功率級二次側 (低壓側)整流電路→電壓調整電路(例如：磁性放大電路或是DC-DC轉換電路)→濾波(平 滑輸出漣波，由電感及電容組成)電路→電源管理電路監控輸出。
交流輸入
PS-ON +3.3V +5V +12V -12V +5v Standby power good 圖4 電源供應器流程圖 圖5 直流電源供應器 輔 助 電 源 電 路 控制電路
2.4 蜂鳴器介紹 蜂鳴器又稱音響器、訊響器，是一種小型化的電聲器件，按工作原理分為電壓和電 磁式兩大類。電壓式蜂嗚器採用電壓陶瓷片製成.當給電壓陶瓷片加以音頻信號時，在逆 電壓效應的作用下，陶瓷片將隨音頻信號的頻率發生機械振動，從而發出聲響。電磁式 蜂鳴器的內部由磁鐵、線圈和振動膜片等組成，當音頻電流流過線圈時，線圈產生磁場， 振動膜則以音頻信號相同的週期被吸收和釋放，產生機械振動，並在共鳴腔的作用下發 出聲響。 圖6 蜂鳴器 圖6來源： https://www.google.com/search?q=%E8%9C%82%E9%B3%B4%E5%99%A8&source=lnms &tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwj2udPX-JnqAhVLxIsBHWiNBl8Q_AUoAXoECA8QAw &biw=1536&bih=722#imgrc=vwic-8oAdZSdZM
2.5 IC7404介紹 IC 7404 為 6 組一輸入一輸出的反向閘，比起其它邏輯閘，7404 內每組 NOT 閘 之 輸出即為輸入之下一腳位，接線上相當簡單，較不易接錯。其輸出即為輸入的反向，例 如：輸入為 1，輸出即為 0。 7 圖 7 IC7404 接腳圖(7 是 Gnd，14 是 Vcc) 2.6 C8050 介紹 8050 三極體是非常常見的 NPN 型晶體三極體，在各種放大電路中經常看到它，應 用範圍很廣，主要用於高頻放大，也可用作開關電路。 1.E 射極 2.B 基極 3.C 集極 圖 8 C8050 接腳圖
2.7 色碼電阻介紹 電阻色碼，是一種以色彩碼標示出電阻器的電阻值與誤差範圍的方式，電容及電感 也可用相同方式標示其電容值(或是電感值)及誤差範圍。 色碼標示的電阻其單位取歐姆 (Ω)、電感取亨利(H)、電容取法拉(F)。 圖 9 色碼電阻表 圖 9 來源: https://www.google.com/search?q=%E8%89%B2%E7%A2%BC%E9%9B%BB%E9%98%B B&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwit9ZugiZrqAhVSG6YKHU25CJsQ_AUo AXoECA8QAw&biw=1536&bih=674#imgrc=cZIso8B8Xe_BoM
2.8 LED 發光二極體介紹 發光二極體只能夠往一個方向導通（通電），叫作順向偏壓，當電流流過時，電子與 電洞在其內複合而發出單色光，這叫電致發光效應，而光線的波長、顏色跟其所採用的 半導體物料種類與故意摻入的元素雜質有關。 圖 10 LED 發光二極體 圖 10 來源: https://www.google.com/search?q=led%E4%BA%8C%E6%A5%B5%E9%AB%94&source=l nms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwiD7-vnj5rqAhVFK6YKHfm6CXYQ_AUoAXoECA wQAw&biw=1536&bih=674#imgrc=FiOoQP16mELaWM
三、實驗方法與步驟
3.1 材料成本 IC7404：$10 C8050 x2：$50 LED x2：$2 電源供應器 : $230 紅外線接收二極體 x2：$10 紅外線發射二極體 x2：$10 RELAY x2：$20 C1,C2 ：$18 電阻 x8：$100 蜂鳴器：$15 3.2 電路圖 本專題所運用的電路圖，如圖11所示 圖11 電路圖3.3 電路成品 本專題之完成品，如圖12所示 圖12 專題成品圖
