中心议题：
传感器和阻性检测元件 模数转换器与阻性器件 传感器的测量 传感器及A/D转换接口的设计 惠斯通电桥解决方案：
省去电压基准 与电源电压成比例的传感器设计 惠斯通电桥的线性化
传感器和阻性检测元件
许多传感器的输出与其电源电压都是成比例的。这通常是因为产生输出的感应元件是比率器件。最常见的比率元件是电阻器，其阻值随被测量的变化而变化。电阻式温度检测器(RTD)和应变计都是典型的阻性敏感元件。
阻性元件的比率性是由于其阻抗不能直接测量。其值是由电阻两端的电压与经过电阻的电流的比值确定的。
R = V/I 公式1 (欧姆定理)
使用阻性元件的传感器通常令一个电流流过电阻并测量其电压。在输出传感器之前，可以将该电压进行放大或电平偏移，但是其大小仍然与流过电阻的电流相关。如果该电流来自于电源电压，那么传感器的输出与电源电压成比例。公式2描述了这类比例传感器的输出(图1)，其中Vs是输出信号，Ve是激励电压，S是传感器的灵敏度，P是所测参数的量值，C是传感器的失调量。
Vs = Ve (P x S + C) 公式2
图1. 比例型传感器
Honeywell™ MLxxx-C系列压力传感器是众多汽车比例传感器中具有代表性的器件。当在5V标称电源电压下工作时，失调电压为0.5V，满量程输出为4.5V。如果改变激励电压，失调电压和满量程输出会随之按比例变化。
需要知道激励电压才可使用输出信号，这在许多应用中是很不方便的。为了解决这一问题，制造商在电路上增加了一个电压基准。这种器件可提供非常精确的电压，并与温度和电源电压无关。如果流经感应电阻的电流来自于基准电压，那么公式2中的Ve可用一个常数替换。从而得到公式3，其中的新常数包含在S2和C2之中。
Vs = P x S2 + C2 公式3
因为输出信号仅为被测参数的函数，所以公式3不是比例关系。Honeywell公司的MLxxx-R5系列压力传感器就是非比例传感器。当在7V和35V之间的任何电源电压下工作时，失调都是1V，满量程输出为6V。
模数转换器(ADC)与阻性器件
用于将传感器信号数字化的ADC也是比例器件。无论其内部架构如何，所有ADC都是通过对未知输入电压与已知参考电压相比较来工作的。转换器的数字化输出是输入电压与参考电压的比值乘以ADC的满量程读数。考虑到内部放大和设计的多样性，还需要一个比例因子K。无论K值大小，只要ADC的配置未改变，K值都保持固定不变。公式4描述了一个普遍意义上的ADC (图2)的数字读数(D)和输入信号(Vs)，参考电压(Vref)，满量程读数(FS)以及比例因子(K)间的关系。
D = (Vs/Vref)FS x K 公式4
图2. 普遍意义上的模数转换器
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中心议题：
传感器电路的内部噪声 传感器电路的外部干扰 抑制传感器电路噪声的措施 减少传感器电路干扰的措施解决方案：
传感器电路很容易接收到外界或内部一些无规则的噪声或干扰信号，如果这些噪声和干扰的大小可以与有用信号相比较，那么在传感器电路的输出端有用信号将有可能被淹没，或由于有用信号分量和噪声干扰分量难以分辨，则必将妨碍对有用信号的测量。所以在传感器电路的设计中，往往抗干扰设计是传感器电路设计是否成功的关键。
1 传感器电路的内部噪声
1.1 高频热噪声
高频热噪声是由于导电体内部电子的无规则运动产生的。温度越高，电子运动就越激烈。导体内部电子的无规则运动会在其内部形成很多微小的电流波动，因其是无序运动，故它的平均总电流为零，但当它作为一个元件(或作为电路的一部分)被接入放大电路后，其内部的电流就会被放大成为噪声源，特别是对工作在高频频段内的电路高频热噪声影响尤甚。
通常在工频内，电路的热噪声与通频带成正比，通频带越宽，电路热噪声的影响就越大。以一个1 kΩ的电阻为例，如果电路的通频带为1 MHz，则呈现在电阻两端的开路电压噪声有效值为4μV(设温度为室温T=290 K)。看起来噪声的电动势并不大，但假设将其接入一个增益为106倍的放大电路时，其输出噪声可达4 V，这时对电路的干扰就很大了。
1.2 低频噪声
低频噪声主要是由于内部的导电微粒不连续造成的。特别是碳膜电阻，其碳质材料内部存在许多微小颗粒，颗粒之间是不连续的，在电流流过时，会使电阻的导电率发生变化引起电流的变化，产生类似接触不良的闪爆电弧。另外，晶体管也可能产生相似的爆裂噪声和闪烁噪声，其产生机理与电阻中微粒的不连续性相近，也与晶体管的掺杂程度有关。
1.3 半导体器件产生的散粒噪声
由于半导体PN结两端势垒区电压的变化引起累积在此区域的电荷数量改变，从而显现出电容效应。当外加正向电压升高时，N区的电子和P区的空穴向耗尽区运动，相当于对电容充电。当正向电压减小时，它又使电子和空穴远离耗尽区，相当于电容放电。当外加反向电压时，耗尽区的变化相反。当电流流经势垒区时，这种变化会引起流过势垒区的电流产生微小波动，从而产生电流噪声。其产生噪声的大小与温度、频带宽度△f成正比。
1.4 电路板上的电磁元件的干扰
许多电路板上都有继电器、线圈等电磁元件，在电流通过时其线圈的电感和外壳的分布电容向周围辐射能量，其能量会对周围的电路产生干扰。像继电器等元件其反复工作，通断电时会产生瞬间的反向高压，形成瞬时浪涌电流，这种瞬间的高压对电路将产生极大的冲击，从而严重干扰电路的正常工作。
1.5 电阻器的噪声
电阻的干扰来自于电阻中的电感、电容效应和电阻本身的热噪声。例如一个阻值为R的实芯电阻，可等效为电阻R、寄生电容C、寄生电感L的串并联。一般来说，寄生电容为0.1～0.5 pF，寄生电感为5～8 nH。在频率高于1 MHz时，这些寄生电感电容就不可忽视了。
各类电阻都会产生热噪声，一个阻值为R的电阻(或BJT的体电阻、FET的沟道电阻)未接入电路时，在频带宽度B内所产生的热噪声电压为：
抑制传感器电路噪声的措施 减少传感器电路干扰的措施
式中：k为玻尔兹曼常数;T是绝对温度(单位：K)。热噪声电压本身是一个非周期变化的时间函数，因此，它的频率范围是很宽广的。所以宽频带放大电路受噪声的影响比窄频带大。
另外，电阻还会产生接触噪声，其接触噪声电压为：
式中：I为流过电阻的电流均方值;f为中心频率;k是与材料的几何形状有关的常数。由于Vc在低频段起重要的作用，所以它是低频传感器电路的主要噪声源。
1.6 晶体管的噪声
晶体管的噪声主要有热噪声、散粒噪声、闪烁噪声。
热噪声是由于载流子不规则的热运动通过BJT内3个区的体电阻及相应的引线电阻时而产生。其中rbb''''所产生的噪声是主要的。
通常所说的BJT中的电流，只是一个平均值。实际上通过发射结注入到基区的载流子数目，在各个瞬时都不相同，因而发射极电流或集电极电流都有无规则的波动，会产生散粒噪声。
由于半导体材料及制造工艺水平使得晶体管表面清洁处理不好而引起的噪声称为闪烁噪声。它与半导体表面少数载流子的复合有关，表现为发射极电流的起伏，其电流噪声谱密度与频率近似成反比，又称1/f噪声。它主要在低频(kHz以下)范围起主要作用。
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中心议题： 研究用于精确功率测量的二极管传感器技术
解决方案： 利用合适的传感器技术调制的信号 用传感器技术进行精确的真实RMS测量
本文中我们将分析一些现代通信系统对测量功率的需求，并将介绍功率测量技术以及在进行功率测量的过程中存在的误差和不确定性。
客户对数据率日益提高的需求已经驱使从第一代移动电话和微波链路所使用的简单的恒定包络调制方式—如PMR设备中使用的FM制式—向更为复杂的调制制式如GMSK、CDMA和N-QAM转移。
本文将重点介绍对CDMA和N-QAM系统的均方根(RMS)测量，并将介绍可用于测量这些类型信号的两种不同类型的传感器技术。
CDMA信号如IS-95(北美窄带CDMA标准)或3GPP WCDMA标准具有大量的幅度内容。通常情况下,峰值到平均功率的比值最小为10dB,最高可能为16dB。这种幅度变化致使传统的CW线性校正二极管传感器不适合于这些类型的测量。
射频链路已经采用了N-QAM—典型的是64 QAM或256 QAM—调制方式以提高数据率。其它如WLAN标准这样的一些较新且数据率较高的系统也采用了64QAM以获得最快的数据率。这些系统的符号率通常高于大多数常见的峰值功率计的带宽，而RMS测量可以对系统的功率作出精确和经济的指示。
功率测量技术已经确定了三类主要的功率传感器设计：热敏电阻、二极管和热电堆或塞贝克效应(Seebeck effect)。热敏电阻传统上一直被用于标准的转换，并不用于对系统和设备的常规测量，因为它们的功率处理能力有限。
基于二极管的传感器一直有两种不同的形式：仅基于平方律的传感器和线性校正宽动态范围传感器。最近，人们已经推出了第三类二极管传感器，即基于多只二极管的传感器。
热电堆或塞贝克效应传感器根据热电偶的原理工作，并依赖于输入信号的热效应。这使它们成为测量复杂波形如N-QAM的真实RMS功率的理想选择，因为无论加在载波上的调制方式是什么，它们将总是对输入波形的真实RMS值作出响应。
热电堆具有良好的返回损失，它可以减小测量的不确定性。唯一的缺点在于它们的动态范围有限，且与二极管传感器相比响应速度较慢。安立的快速热传感器具有4ms的响应时间。
图2所示为热电堆单元和二极管检测器的响应。传统的二极管检测器要么工作在平方律区域，因此动态范围被限制为50dB；要么采用线性校正技术来扩展它们的动态范围。这种技术受到功率计速度的限制，并且不适合于系统传输的符号率远远超过功率计采样率的应用。
图1：热电堆传感器
图2：MA2481B通用传感器
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中心议题： 探析车用传感器及其组件解决方法解决方案： 车用传感器是以OEM模式运作
随着对于汽车行车安全与智能型车辆系统需求的增加，车用传感器的需求将大幅提升。在所有车用感测组件中，以车用安全感测组件的年平均增长率最高，达到13.7%，这些迹象显示，对于安全的需求还是汽车产业最主要的驱动力。所以我们想到了车用传感器，所谓车用传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中的各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转换成电信号输给计算机，以便使发动机处于最佳工作状态。车用传感器很多，判断传感器出现的故障时，不应只考虑传感器本身，而应考虑出现故障的整个电路。因此，在查找故障时，除了检查传感器之外，还要检查线束、插接件以及传感器与电控单元之间的有关电路。
所谓的传感器，简单来说：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
然而，受到行车安全与操控性要求的提升，这些传感器的应用渐渐向致动器或马达方向延伸，雷达技术就是应用了传感器的原理，汽车的雷达系统可发出射频电磁波，这些电磁波遇到前面的车辆或其它物体可反射回来，雷达芯片负责发送和接收这些射频信号，并通过后台处理。后台数据评估结果可确定车辆与其它车辆的距离以及其它车辆的行驶速度。因此，当预测到要发生车辆相撞事故时，座椅头枕和安全带就会提前准备就绪，帮助降低事故造成的影响。当然已是车上基本配备的安全气囊也是汽车安全的一项主要应用领域。
目前全球汽车行车安全的主要驱动力是来自各国政府法规、消费者意识与汽车厂商本身，因此有关于安全的相关产品增长率，这些年来大都能保持稳定的成长，也造就了车用传感器市场蓬勃发展。
基本上，汽车上所使用的传感器组件较容易在行驶过程中受到环境严格考验，包括：沙尘、湿度、盐分、燃油添加剂、震动与剧烈冲击等，因此，严格的标准是必需的。
此外，温度也是一个重要考量，通常车用感测组件需要忍受较大的环境温度变化，并在组件使用寿命期间量测精度，要求必须要能保持在规范中的精确度。
最后，空气流量、温度与其它传感器的增长率为4.6％。在所有传感器中，位置、角度、速度及氧气传感器的产值维持在最高档，分别为2005年的62亿美元至2010年的86亿美元。
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新闻事件：国家专项拨款支持和鼓励物联网的发展
事件影响：传感器产业迎来发展机遇和挑战
似乎一夜间，物联网的信息铺天盖地，人们脑海里不断地闪过一幕幕科幻镜头，甚至对那种“饭来张口，衣来伸手”的智能场景产生美好的憧憬。近两年，物联网都是两会的重要议题之一，因为受到国家的高度重视，所以物联网逐渐被认识并一直活跃在公众视野中，而国家对物联网的重视也转为实际资金的鼓励和支持。日前记者从财政部获悉，为促进我国物联网快速健康地发展，充分发挥财政资金的引导和扶持作用，规范物联网发展专项资金的管理，财政部制定了《物联网发展专项资金管理暂行办法》，自发布之日起实施。
《物联网发展专项资金管理暂行办法》的实施将给物联网领域带来了新的机遇，各种与物联网相关的产业也会得到一个“质的飞跃”。在这些物联网产业链上，记者了解到传感器产业倍受关注，其在物联网领域的地位不可或缺，无论是智能电网、智能医疗、智能交通，还是智能家居、智能监控、智能楼宇等各大物联网应用系统，都需要传感器的大力支持，离开了传感器，所有关于智能世界的美好畅想都将化为虚有。关于财政专项拨款，业内专家纷纷表示其中会有很大一部分资金是用来发展处于物联网核心地位的传感器产业，这必将给传感器产业带来巨大的产业机会，带动传感器产业更快速地发展。
但传感器在迎来下一个春天的时候，同样面临着新一轮的挑战，那就是传感器产业核心技术的掌握程度。业内专家对此深感忧虑：“目前我国高端传感器大部分是从国外引进的，这跟我国传感器产业面临的核心技术不过关，掌握程度较低等因素有关，如果没有及时进行自主技术的创新发展，没有及时更新和提升传感器技术，那么未来国内传感器产业有可能形成完全竞争模式，失去行业优势。”
传感器产业现状引起了中国物联网领域相关企业的重视，国内知名的物联网企业北京昆仑海岸传感技术有限公司相关负责人表示：“在面临挑战的时候，我们团队仍然秉承着‘创新’的精神在各自岗位上愈挫愈勇。我们知道在中国物联网发展进程中，传感器的需求最为广泛，目前我们所要做的就是针对未来物联网的发展趋势，继续致力于传感器技术的开发和应用，并以创新技术降低成本，提供给用户物美价廉的传感器，与其它相关企业一起努力实现智能中国。”
据了解，昆仑海岸传感技术于2000年就通过了ISO9001质量体系认证，十余年的运行使昆仑海岸具备了严格的产品质量控制能力。多年来昆仑海岸硕果累累，今年又喜传佳讯，昆仑海岸JZH-0系列无线传感器炫目登场，该系列产品可集成多种传感器及变送器，实现智能管理、智能传输，集超低功耗、产品寿命长、测量准确度高、抗干扰能力强，传输距离远等优势于一身。记者了解到，JZH-0系列无线传感器面市后就获得了用户和业内专家的高度认可，目前正被普遍用于室内环境测量和农业大棚智能管理等物联网领域。
新闻事件： 下半年6项传感器国家标准将向国标委报批
事件影响： 有力推动传感器国际标准的制定工作
传感器网络国家标准工作组秘书长张晖在近日举行的2011年中国国际物联网博览会--物联网标准化论坛上表示，预计下半年正式向国标委报批6项传感器国家标准。
张晖表示，在进行传感器网络国内标准制定时，首先要考虑顶层设计的问题，传感器网络标准体系框架就是针对传感器网络国家标准制定的顶层设计。张晖解释说，由于传感器网络和物联网一样都是面向应用的技术，所以在制定过程中是把技术分成两个部分，一是基础平台，二是应用子集。基础平台是通过把一些通用规范、接口、通信和信息交互等基础技术进行标准化制定工作，作为对上层应用子集标准的支撑。"概括来说，基础平台标准就是针对不同传感网应用的共性特征和技术要求，建立系列标准化功能模块和条目。上面的应用子集标准是由共性平台标准选取共同标准的模块进行组合，形成系统解决方案。"
张晖表示，经过这一年多的工作，2009年12月，传感器网络国家标准工作组已立项6项国家标准，现在正在制定过程当中，预计今年下半年就要正式向国标委报批，其中包括总则、术语、通信和信息交互、接口安全和标识。
同时张晖还表示，去年3月份，我国在国际标准化过程中也取得了一项重要成果--在传感器网络协同信息处理支撑服务和接口这项标准立项过程中，向JTC1提交了国际标准新的工作项目，并且通过了投票，现在已经启动了国际标准的制定工作。"后续我们会再启动节点中间件数据交互规范国家标准，同时推动国际标准WG7，由我们牵头进行国际标准化工作。"
新闻事件： 科学家们宣布了一个传感器
事件影响： 能够实现30英尺距离无电池参与下的运行
国化学学会的科学家们日前宣布了一个传感器项目，这种基于纳米技术的设备将对未来产生深远影响。目前它能够实现30英尺距离无电池参与下的运行，这意味着它能够利用环境自行发电，能源来源包括太阳能、声波、震动、化学、气流和热能，无线数据的传输都由设备自行供电，用一个电容器来实现电力存储。
这种传感器不仅仅用于医疗，还可以用于空中摄像机、可穿戴电子产品等，套用威廉吉布森的话，未来已经来临。
新闻事件： 传感器网络国家标准工作组下半年正式向国标委报批6项传感器国家标准
事件影响： 在国际标准化过程中取得了一项重要成果
传感器网络国家标准工作组秘书长张晖在近日举行的2011年中国国际物联网博览会——物联网标准化论坛上表示，预计下半年正式向国标委报批6项传感器国家标准。
张晖表示，在进行传感器网络国内标准制定时，首先要考虑顶层设计的问题，传感器网络标准体系框架就是针对传感器网络国家标准制定的顶层设计。张晖解释说，由于传感器网络和物联网一样都是面向应用的技术，所以在制定过程中把技术分成两个部分，一是基础平台，二是应用子集。基础平台是通过把一些通用规范、接口、通信和信息交互等基础技术进行标准化制定工作，作为对上层应用子集标准的支撑。张晖表示，经过这一年多的工作，2009年12月，传感器网络国家标准工作组已立项6项国家标准，现在正在制定过程当中，预计今年下半年就要正式向国标委报批，其中包括总则、术语、通信和信息交互、接口安全和标识。
张晖还介绍，去年3月份，我国在国际标准化过程中也取得了一项重要成果——在传感器网络协同信息处理支撑服务和接口这项标准立项过程中，向JTC1提交了国际标准新的项目，现在已经启动了国际标准的制定工作。
新闻事件： 意法半导体2010年MEMS制造服务营业收入为2.286亿美元
事件影响： 意法半导体是2010最大MEMS商
据IHS iSuppli研究，意法半导体(STM)在2010年仍然是最大的MEMS传感器生产商，营业收入几乎是排名第二的德州仪器的五倍。
STM是一家由意大利和法国公司合并而成的公司，总部设在瑞士日内瓦。该公司2010年MEMS制造服务营业收入为2.286亿美元，而美国德州仪器只有4740万美元。图1所示为IHS iSuppli公司的10大MEMS厂商排名，其生产的MEMS器件供自身使用或为他人代工。
IHS iSuppli把MEMS厂商分为两类，一类是“纯”MEMS生产商，不为自己生产MEMS；另一类是“混合模式”厂商，即整合器件制造商(IDM)，除了为自己的核心业务提供MEMS器件以外，还提供MEMS合同制造服务。
STM连续第四年排名第一，而且是营业收入超过一亿美元的唯一一家MEMS厂商。为惠普生产喷墨晶片(Inkjet wafer)，占STM营业收入的大多数。尽管惠普喷墨营业收入不断萎缩，但STM最近四年通过提高在惠普喷墨生产中的份额而设法扩大了这项业务。STM 还开始与柯达等其它喷墨打印机厂商合作，并在生物MEMS领域赢得了一些代工项目，如为瑞士Debiotech生产胰岛素注射器。
德州仪器尽管保持第二的排名，但受其大客户Lexmark喷墨打印机业务锐减的影响，其MEMS营业收入自2004年以来持续急剧下降。但德州仪器最近与一家消费MEMS厂商签署了代工协议，预计将从2011年开始为德州仪器带来营业收入。该消费MEMS厂商在业内排名前15。
另外两家比较突出的混合模式厂商是挪威的Sensonor Technologies，排名第三，营业收入是3800万美元；排名第四的索尼，营业收入3190万美元，借助其主要客户Knowles Electronics在MEMS麦克风领域的出色表现，营业收入大增了51.2%。
中心议题：
红外线测速传感器概述 红外线测速传感器设计 红外线测速传感器整体结构解决方案：
红外线测速传感器硬件设计 红外线测速传感器软件设计
红外线技术在测速系统中已经得到了广泛应用，许多产品已运用红外线技术能够实现车辆测速、探测等研究。红外线应用速度测量领域时，最难克服的是受强太阳光等多种含有红外线的光源干扰。外界光源的干扰成为红外线应用于野外的瓶颈。针对此问题，这里提出一种红外线测速传感器设计方案，该设计方案能够为多点测量即时速度和阶段加速度提供技术支持，可应用于公路测速和生产线下料的速度称量等工业生产中需要测量速度的环节。
1 红外测速传感器概述
红外线对射管的驱动分为电平型和脉冲型两种驱动方式，本系统中红外传感器选用脉冲型驱动方式。由红外线对射管阵列组成分离型光电传感器。该传感器的创新点在于能够抵抗外界的强光干扰。太阳光中含有对红外线接收管产生干扰的红外线，该光线能够将红外线接收二极管导通，使系统产生误判，甚至导致整个系统瘫痪。本传感器的优点在于能够设置多点采集，对射管阵列的间距和阵列数量可根据需求选取。
2 红外线测速传感器硬件设计
2．1 红外线发射管电路设计
发射管选取SIR204-A型发射管，该红外线二极管驱动电流范嗣为20～100 mA，其正向导通压降为1．3～1．5 V，发出红外线光波长范围约为835～930 nm，发射角度为30°，直射时红外线光强度最大。发射管驱动电压采用脉冲电压，38 kHz载波频率，发送时长为280 μs，占空比为1／2的方波，发送间隔为720 μs。载波脉冲需要与红外线接收管的型号相匹配。红外发射管能够匹配光电晶体管、光敏二极管和红外接收器模块，红外传感器的接收部分选择了带有放大和滤波功能的红外线接收二极管。发射部分的设计需要考虑到接收部分的制约。经过验证调制脉冲驱动电流能够匹配红外线接收管，将红外线接收管导通。驱动发射管PWM的波形如图1所示。
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图2是红外线发射管的驱动电路图。脉冲信号由R29处输入，通过NPN型三极管，从而控制红外发射管VD3的通断情况，本电路中单个红外管驱动电流选择值约为20 mA。由于NPN型三极管驱动电流低于20 mA，需在电路中加入P-mos管增强驱动能力。R18和R29的电阻值需要匹配，若2个电阻匹配不佳，会造成驱动脉冲波形毛刺较多，使二极管导通能力减弱，导通时间延迟增大。R18尽量大，能够减少电路功耗，R18和R29都选用10 kΩ电阻。红外线发射管的驱动不稳定，会造成接收判断失效，驱动电路的配置要根据实验进行匹配。
2．2 红外线接收管电路设计
红外线接收管内部电路如图3所示，红外线接收二极管内部电路将导通后微弱脉冲信号放大、滤波整形，输出单片机可以识别的方波脉冲信号。该类型红外线接收管导通波长范围约为850～1 050 nm，红外线发射管发射波长约为875 nm，能够满足红外线接收管导通要求。
红外线接收管选用HS0038型的红外一体接收头，该器件集成度高，能够以小成本实现图3所示功能。红外线接收管需要接收38 kHz左右带宽的脉冲波形，接收发射管只能接收间歇发射的红外线，发射红外线过于密集，接收管无法导通，需要予以注意。红外线发射管发出38 kHz载波，将红外线接收管导通。该波形频率为1 kHz，周期内高电平时间720μs，低电平时间280μs。当有物体遮挡红外线对射管时，发射源被遮挡，红外线接收管无法导通，输出高电平。由此可以判断是否有物体从红外线对射管中间通过。红外线接收管导通时的输出波形如图4所示。
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当红外线接收管被正面遮挡时，周围障碍物体反射由红外线发射管发出的红外线。此时微弱的信号会随着红外线接收管内部自动增益控制调节到最大而产生方波波形，对红外线接收管造成干扰。干扰使采集到的信号复杂，需要采用滤波手段将杂波干扰滤除。经过分析和示波器观察，杂波的频率大于1 kHz。在红外线接收管输出端接入有源滤波电路，能够将高于1 kHz的杂波滤掉。由此输出的波形为红外线接收管导通和未导通两种状态下的信号，未掺杂干扰，较容易区分，可以根据特点编写算法，判断是否有物体从红外线对射管中间通过。
3 红外线测速传感器软件设计
控制软件需要保证红外线对射管一对一工作，且对信号采集处理，对采集的信号编写算法程序，完成对物体是否遮挡红外线对射管的判定，即分辨红外线接收管是否被导通。通过单片机内部计数器计取脉冲个数，可以将物体遮挡某个红外线接收管的时间记录下来。程序流程如图5(a)所示，需要不断判定第一个红外线接收管的输出状态，当确定有物体遮挡时，将开始标志位置为1，单片机开始读取其他接收管状态，同时启动定时器，下一对红外线对射管的接收管被遮挡停止计时。红外线发射管按顺序依次发射红外线，处理单元依次读取红外线接收管状态，可以防止鸟或人无意遮挡引起的误判现象。判断有物体遮挡的程序思想为判断1 ms内，是否有物体遮挡，若没有物体遮挡，红外线接收管输出的脉冲波形保持不变；若有物体遮挡，红外线接收管输出高电平持续1 ms以上。红外线接收管输出状态是否为高电平，可以判断是否有物体遮挡。当按顺序扫描的前一对红外线对管被判定遮挡时，开始扫描下一对管子的脉冲个数，同时开启定时器。延时50 μs，判定接收管接收到的是否为脉冲，判定是否为脉冲则需要判定引脚是否为低电平，如果引脚为低电平，计数值清零。计数值并不是计数器的值，而是计算延时50μs的次数是否达到28。
当判断相应的接收管被遮挡时，相应的红外线对管序号累加。程序流程如图5(b)所示。
4 整体结构
红外线对射管构成一对红外传感器收发子单元。若干对红外传感器收发子单元构成完整的红外线测速传感器，其红外线对射管分离距离和红外传感器收发子单元间距可以调整。如图6所示，Ⅳ需要大于2，分离距离超过5 m。在两对红外线对射管之间测量物体经过的时间T，间距设置为L，可以得到后一对红外线对射管的即时速度V：
5 结束语
红外线对射管方法，能够动态地反应物体运动经过红外对管时的即时速度和阶段加速度。红外线在速度测量中的应用，可以作为其他设备或者系统的技术支持，为后续的设备校准和分析提供数据准备。CD4051等模拟开关芯片可以作为增加测量点数量的编码、译码器，控制红外线接收管一对一工作，得到精确采样点的速度和阶段的加速度的信息。完整的速度测量系统结构，包括传感器、处理单元以及人机交互单元，适合于小型企业和研究所。红外线对射管工艺上，不需要严格的管子对射标准，红外线对射管间距加工略有偏差不影响测量精度和红外线对射管导通。
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