光電開(kāi)關(guān)屬于無(wú)接觸測(cè)量傳感器，其檢測(cè)距離范圍比較寬，在計(jì)數(shù)、測(cè)距和行程控制等許多測(cè)控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。反射式光電開(kāi)關(guān)又分為漫反射和鏡反射式光電開(kāi)關(guān)。本文介紹的一種漫反射光電開(kāi)關(guān)電路，它具有抗外光干擾，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，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(kāi)關(guān)(紅外光電傳感器)屬于光電接近開(kāi)關(guān)的一種。它是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)，其被檢物體不限于金屬。對(duì)所有能反射光線的物體均可檢測(cè)。因此，紅外光電探測(cè)器本質(zhì)上是一個(gè)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(hào)并加以應(yīng)用，其探測(cè)示意圖及工作原理如圖l所示。

漫反射光電開(kāi)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(cè)物體經(jīng)過(guò)時(shí)，將光電開(kāi)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(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率*時(shí)，漫反射式的光電開(kāi)關(guān)是shou選的檢測(cè)模式。

圖1漫反射光電開(kāi)關(guān)工作示意圖

對(duì)于漫反射式光電開(kāi)關(guān)發(fā)出的光線需要被檢測(cè)物表面將足夠的光線反射回漫反射開(kāi)關(guān)的接受器，所以檢測(cè)距離和被檢測(cè)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(cè)物體的表面必須垂直于光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射光線。

2電路設(shè)計(jì)

紅外光電傳感器在應(yīng)用過(guò)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(hào)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(cè)范圍，發(fā)射的紅外光束須用頻率來(lái)調(diào)制，接收部分配備對(duì)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(hào)或單音脈沖頻率調(diào)制信號(hào)。調(diào)制還可以抑制系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的固有噪聲和外部電磁場(chǎng)的干擾，使系統(tǒng)具有更高的探測(cè)能力。

如圖2所示。紅外光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射回路由兩只555時(shí)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(lái)調(diào)整脈沖周期的占空比的，在C1充電時(shí) VD1正向偏置，充電電流由電源→R1→VD1→C1，充電時(shí)間常數(shù)t1≈R1C1;在C1放電時(shí)VD1反向偏置，放電電流由C1≈R2≈7腳≈地，放電時(shí)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(kāi)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(shí)，lC振蕩，輸出35kHz載頻脈沖，當(dāng) lC1的3腳低電平時(shí)，IC停振，無(wú)輸出。當(dāng)IC2振蕩時(shí)，它的輸出使晶體管VT1以35kHz的頻率導(dǎo)通與截止，并驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光管HD1發(fā)出紅外控制脈沖信號(hào)。

電阻R6把兩只紅外發(fā)光管的驅(qū)動(dòng)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(gè)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(hào)。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(gè)脈沖，1腳輸出一個(gè)脈沖。經(jīng)過(guò)IC4將1.5KHz的調(diào)制信號(hào)分頻后，得到750Hz的脈沖信號(hào)。又經(jīng)VD2、VD3限幅，通過(guò) 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(hào)時(shí)，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(dòng)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(diǎn)

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(gè)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(hào)情況下(約幾十mV)，其輸出為正弦鑒相特性，而在輸人大信號(hào)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(hào)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(wú)91-~n 控制電壓時(shí)的振蕩頻率)與外接定時(shí)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(shí)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(shí)。輸入信號(hào)在鑒相器PD1中與VC0的輸出信號(hào)鑒相，相差信號(hào)經(jīng)濾波回路濾波后，成為與相差成一定比例的電壓信號(hào)，用于控制VC。輸出頻率f0跟蹤輸入信號(hào)的相位變化。若輸入信號(hào)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(shí)，二者之間只有一定相位差而無(wú)頻率差。

環(huán)路用于FM信號(hào)解調(diào)時(shí)。腳2輸出的經(jīng)過(guò)濾波后的相差信號(hào)可作為FM解調(diào)信號(hào)的輸出。而當(dāng)環(huán)路用于單音解調(diào)時(shí)，電路則利用PD2輸出的相差信號(hào)。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(hào)f0經(jīng)90°。移相后再與輸入信號(hào)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(gè)輸入信號(hào)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(yùn)算放大器AMP反相，在其輸出端輸出一個(gè)低電平。AMP的輸出端為0C輸出方式，低電平輸出時(shí)可吸收大100mA的輸出電流。該端口的低電平輸出信號(hào)除可由上拉電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)以與TTL或CMOS接口電路相匹配外。還可直接驅(qū)動(dòng)LED及小型繼電器等較大負(fù)載。

4電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)

要達(dá)到遠(yuǎn)距離探測(cè)。要求紅外發(fā)射電路有較大的發(fā)射功率。且接收回路對(duì)接收到的紅外控制信號(hào)有一定的聚焦能力。使較分散的紅外光束能夠聚焦于一個(gè)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(shí)，將接收回路的L1調(diào)到35kHz的載頻頻率諧振點(diǎn)，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(hào)時(shí)，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(hào)時(shí)，調(diào)整R15能使IC的 8腳變?yōu)榈碗娖?，并使繼電器J吸合或斷開(kāi)。反復(fù)調(diào)節(jié)L1和R15使探測(cè)距離遠(yuǎn)。實(shí)驗(yàn)達(dá)到指標(biāo)識(shí)別間距≤0.2m，識(shí)別距離0.2—5米可調(diào)。

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