光電開關(guān)屬于無接觸測量傳感器，其檢測距離范圍比較寬，在計數(shù)、測距和行程控制等許多測控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。反射式光電開關(guān)又分為漫反射和鏡反射式光電開關(guān)。本文介紹的一種漫反射光電開關(guān)電路，它具有抗外光干擾，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，整套電路由發(fā)光電路和光電接收電路兩部分組成。

1漫反射式紅外光電傳感器的工作原理

紅外線光電開關(guān)(紅外光電傳感器)屬于光電接近開關(guān)的一種。它是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其被檢物體不限于金屬。對所有能反射光線的物體均可檢測。因此，紅外光電探測器本質(zhì)上是一個光學(xué)一電子系統(tǒng)，其基本功能是將接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)換成為電信號并加以應(yīng)用，其探測示意圖及工作原理如圖l所示。

漫反射光電開關(guān)(如圖1)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其反光率*時，漫反射式的光電開關(guān)是shou選的檢測模式。

圖1漫反射光電開關(guān)工作示意圖

對于漫反射式光電開關(guān)發(fā)出的光線需要被檢測物表面將足夠的光線反射回漫反射開關(guān)的接受器，所以檢測距離和被檢測物體的表面反射率將是決定接受器接收到光線的強(qiáng)度大小，粗糙的表面反射回的光線必將小于光滑表面反射回的強(qiáng)度，而且，被檢測物體的表面必須垂直于光電開關(guān)的發(fā)射光線。

2電路設(shè)計

紅外光電傳感器在應(yīng)用過程中。為了使紅外光電傳感器能夠區(qū)分出有效的紅外信號及背景環(huán)境中的紅外輻射從而提供具有良好效果的較大探測范圍，發(fā)射的紅外光束須用頻率來調(diào)制，接收部分配備對應(yīng)的頻率檢波器。所發(fā)射的光束可使用連續(xù)的單音信號或單音脈沖頻率調(diào)制信號。調(diào)制還可以抑制系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的固有噪聲和外部電磁場的干擾，使系統(tǒng)具有更高的探測能力。

如圖2所示。紅外光電開關(guān)的發(fā)射回路由兩只555時基電路分別產(chǎn)生1.5KHz調(diào)制脈沖和35KHz載頻脈沖。由IC1、R1、R2和VD.組成1.5kHz的調(diào)制脈沖振蕩器。其中VD1是用來調(diào)整脈沖周期的占空比的，在C1充電時 VD1正向偏置，充電電流由電源→R1→VD1→C1，充電時間常數(shù)t1≈R1C1;在C1放電時VD1反向偏置，放電電流由C1≈R2≈7腳≈地，放電時間常數(shù)t2=R2C1。由于R2≈3R1，所以得到約1：3的占空比的輸出脈沖。

圖2光電開關(guān)工作發(fā)射和接收電路圖

由IC2、R3、R4及C3組成35kHz地載頻脈沖振蕩器，該振蕩器受IC.的控制，當(dāng)IC1的3腳高電平時，lC振蕩，輸出35kHz載頻脈沖，當(dāng) lC1的3腳低電平時，IC停振，無輸出。當(dāng)IC2振蕩時，它的輸出使晶體管VT1以35kHz的頻率導(dǎo)通與截止，并驅(qū)動紅外發(fā)光管HD1發(fā)出紅外控制脈沖信號。

電阻R6把兩只紅外發(fā)光管的驅(qū)動電流限制在1A左右，由于所發(fā)送的載頻脈沖的占空比為1：15，所以這個電路的平均消耗電流仍然較小。

IC3為的紅外接收前置放大電路uPC1373H。

由C6、L1將接收頻率調(diào)至35kHz，經(jīng)內(nèi)部放大及檢波后由1腳輸出1.5KHz的調(diào)制信號。IC4為雙D觸發(fā)器4013組成的雙穩(wěn)觸發(fā)器，該觸發(fā)器作分頻器，每輸人兩個脈沖，1腳輸出一個脈沖。經(jīng)過IC4將1.5KHz的調(diào)制信號分頻后，得到750Hz的脈沖信號。又經(jīng)VD2、VD3限幅，通過 C11耦合到IC5音頻譯碼器LM567。當(dāng)LM567的輸人端3腳輸人750Hz的音頻信號時，它的輸出端8腳輸出低電平，經(jīng)C14、C15將輸出脈沖寬度擴(kuò)展為約1.5秒。即該低電平使驅(qū)動管VT2導(dǎo)通，繼電器J吸合，控制電路的通與斷。

3集成鎖相環(huán)路解碼器LM567功能和特點

LM567為8腳直插式封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳定義及外圍元件連接方法如圖3所示。LM567內(nèi)部包含了兩個鑒相器PD1及PD2放大器AMP、電壓控制振蕩器VC0等單元電路。鑒相PD1、PD2均采用雙平衡模擬乘法器電路，在輸入小信號情況下(約幾十mV)，其輸出為正弦鑒相特性，而在輸人大信號情況下(幾百mV以上)，其輸出轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性(三角)鑒相特性。鎖相環(huán)路輸出信號由電壓控制振蕩器VC0產(chǎn)生，電壓控制振蕩器的自由振蕩頻率(即無91-~n 控制電壓時的振蕩頻率)與外接定時元件RtCt的關(guān)系式為：fo≈-1/1.1RtCt。

圖3LM567內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳定義及外圍元件

選用適當(dāng)?shù)亩〞r元件，可使LM567的振蕩頻率0.01Hz一500Hz范圍內(nèi)連續(xù)變化。電路工作時。輸入信號在鑒相器PD1中與VC0的輸出信號鑒相，相差信號經(jīng)濾波回路濾波后，成為與相差成一定比例的電壓信號，用于控制VC。輸出頻率f0跟蹤輸入信號的相位變化。若輸入信號頻率落在鎖相環(huán)路的捕獲帶內(nèi)，則環(huán)路鎖定。在振蕩器輸出頻率與輸入頻率相同時，二者之間只有一定相位差而無頻率差。

環(huán)路用于FM信號解調(diào)時。腳2輸出的經(jīng)過濾波后的相差信號可作為FM解調(diào)信號的輸出。而當(dāng)環(huán)路用于單音解調(diào)時，電路則利用PD2輸出的相差信號。PD2的工作方式與PD1略有不同，它是利用壓控振蕩器輸出的信號f0經(jīng)90°。移相后再與輸入信號進(jìn)行鑒相，是一正交鑒相器。在環(huán)路鎖定情況下。PD的兩個輸入信號在相位上相差約為90°。因而 PD2的輸出電壓達(dá)到其輸出范圍內(nèi)的大值。再經(jīng)運算放大器AMP反相，在其輸出端輸出一個低電平。AMP的輸出端為0C輸出方式，低電平輸出時可吸收大100mA的輸出電流。該端口的低電平輸出信號除可由上拉電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號以與TTL或CMOS接口電路相匹配外。還可直接驅(qū)動LED及小型繼電器等較大負(fù)載。

4電路調(diào)試及實驗

要達(dá)到遠(yuǎn)距離探測。要求紅外發(fā)射電路有較大的發(fā)射功率。且接收回路對接收到的紅外控制信號有一定的聚焦能力。使較分散的紅外光束能夠聚焦于一個較小的面積。以提高接收功率。因此。紅外發(fā)射頭和接收頭均采用透鏡封裝。為防止外界干擾。接收回路的IC3應(yīng)該屏蔽。調(diào)試時，將接收回路的L1調(diào)到35kHz的載頻頻率諧振點，使IC3輸出大;將音頻譯碼器LM567的R15調(diào)整到使IC3在其3腳輸入750Hz的脈沖信號時，8腳輸出低電平。即當(dāng)用發(fā)射頭向接收回路發(fā)送信號時，調(diào)整R15能使IC的 8腳變?yōu)榈碗娖剑⑹估^電器J吸合或斷開。反復(fù)調(diào)節(jié)L1和R15使探測距離遠(yuǎn)。實驗達(dá)到指標(biāo)識別間距≤0.2m，識別距離0.2—5米可調(diào)。

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