自动化程度越高的产品，代表也包含了更多的感测元件。为了避免人眼被环境中各种产品或设备感测时发射的光干扰，所以使用人眼无法察觉的红外线（Infrared;IR）产品做为感测器。这份应用手册将会介绍如何利用红外线发射元件（Infrared Emitter）及红外线接收元件（Infrared Receiver）作物体侦测应用。     

最常见的红外线发射及接收元件就是红外线发光二极管（IR Light-emitting diode;IR LED）及光电晶体管（Photo Transistor;PT），图一为基本的IR LED搭配PT的应用电路。

原理说明：

• IR LED为发射端，顺向电流（Forward current;IF）越大发射的辐射强度越大

• 调整R limit值可控制 IF 的大小

• Vout可接MCU的ADC（Analog-to-Digital Converter）或GPIO做准位判断

判断说明：

• 无辐照度时，PT截止，Vout输出为高电位（Vcc）

• 辐照度低时，PT导通，Vout输出为高电位（Vcc–（Ic x RL））

• 辐照度高时，PT饱和，Vout输出为低电位（VCE（sat））

注：V CE（sat）为PT饱和电压。

图二为利用IR LED发射IR经由物体反射到PT做反射式物体侦测的示意图；为了避免IR LED发射的IR不经过物体反射，直接在机构内照射到PT造成误判，所以IR LED跟PT必须有效隔离。利用底下的两项特性，即可做到反射物的距离侦测。

• 反射物距离越近，PT收到的反射辐照度越强，输出的电流会越高

• 不同的材料会有不同的反射率，一般颜色越深、表面越粗糙的物体反射率越低，同距离情况下，接收端输出的电流相对会降低

若使用直流（Direct current;DC）的侦测方式，在ITR被环境光照射时容易造成误判。原因是PT端无法分辨接收到的辐照度是来自于环境光，还是IR经物体反射。改善方式如图四，把IR的发射方式从DC改为脉冲（Pulse），然后PT需分别侦测每次IR Off及IR On时的电压值Vout（Off）及Vout（On），此时Vout（Off）就代表环境光造成的偏移值（Offset），Vout（On）代表的则是环境光加上IR发射时的电压值，故Vout（On）和Vout（Off）之间的电压差就是单纯IR发射时造成的电压值。此方式除了可以降低环境光的干扰，也因为IR的发射是利用Pulse短时间点亮，故可以利用更强的电流驱动来侦测更远的距离。

图六为一应用电路图示例，利用MCU的GPIO控制MOSFET的开、关来控制IR发射脉冲，并把Vout接到MCU的ADC接脚；利用调整R limit、RL的电阻值来确认物体侦测的距离，最后利用ADC读取的Vout（Off）及Vout（On）差异值来设定物体侦测的阀值。

参考图四的方式控制GPIO及参考图五的波形作ADC取样时间设定，底下以使用亿光ITR20001/T24（Bin K）为例，IR on时间长度为350us，在300us时取样Vout（On），IR Off时间长度为50ms，在6ms时取样Vout（Off）。Vcc = 5V，R limit= 82 ohm（IF≒50mA），RL= 150k ohm。建议阀值可设定在ADC最大值的1/3左右，此1/3值是为了保留给光干扰的Offset使用，此值设定越大抗光干扰能力越强，但物体侦测范围会相对降低。图七为采上述方式设定，并把Vout接到ADC后，对不同侦测物的比较（Y轴为Vout（Off）与Vout（On）差异的ADC读值）。由图中可看出反射物颜色越浅反射量越高，可侦测的距离范围越大，一般会折中以灰卡做设计参考，以此图为例，灰卡的可判断的范围约为0.1~6cm，黑卡为0.1~3.5cm，白卡为0.1~9.5cm。

图八为反射物灰卡配合150k ohm的RL做改变IF的测试，可发现当IF增加到100mA时，可判断的范围会增加为0.1~9cm。

图九为反射物灰卡配合50mA的IF做改变RL的测试，可发现当RL降低到68k ohm时，可判断的范围会降低到0.1~4.5cm。

注： 1.若侦测物体跟ITR完全密合，因无反射路径会使反射值为零

   2.以上测试结果都是以ITR上方不加盖板（单体裸测）