一種反射式紅外光電傳感器及該傳感器的程控頻率調距方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光電傳感器技術領域，具體的說是一種反射式紅外光電傳感器的程控頻率調距方法。
【背景技術】
[0002]反射式紅外光電傳感器的工作原理是:通過紅外發(fā)射管發(fā)射一定調制頻率的紅外光，反射光由光敏管檢測并經放大、解調，確定是否有被檢物進入有效檢測范圍，然后輸出開關信號，采用調制光的目的是為了提高抗干擾的能力。一般地，發(fā)射光的調制頻率等于接收電路的中心接收頻率。
[0003]常見的反射式紅外光電傳感器分為兩種，即固定檢測距離型和可調檢測距離型(以下簡稱調距型)，調距型光電傳感器通常采用可調電阻調整檢測距離，其調距方式有兩種:其一是通過調節(jié)發(fā)射光強度實現調距，其二通過調節(jié)放大電路的參數實現調距。
[0004]對于第一種調距方式，研究證明，發(fā)射管的發(fā)射光強度與工作電流相關:當工作電流小于1mA時，電流產生的微小變化即可引起發(fā)射光強度的較大變化；當工作電流大于20mA時，發(fā)射管的發(fā)射光強度較大且較穩(wěn)定，改變發(fā)射電流對發(fā)射光強度影響不大。顯然，發(fā)射管工作在小電流下，發(fā)射光強度更容易調節(jié)，然而，在小電流下，電流強度容易受環(huán)境溫度干擾，環(huán)境溫度變化引起工作電流的微小變化也會導致發(fā)射光強度的改變，從而影響發(fā)射光強度的穩(wěn)定性?？梢?，當發(fā)射管工作在小電流下，發(fā)射光強度易于調節(jié)，但是穩(wěn)定性差，當發(fā)射管工作在大電流下，發(fā)射光強度較穩(wěn)定但是不易調節(jié)，兩者存在矛盾。在反射式紅外光電傳感器中，發(fā)射管的額定工作電流一般為20mA左右，由前述可知，通過調節(jié)發(fā)射光強度實現調距的方法并不可取。
[0005]目前調距型光電傳感器多采用第二種調距方式，即通過調節(jié)放大電路參數的方法實現調距。但是，該方法同樣存在缺陷:其一，提高放大增益雖能提高靈敏度，但降低了抗干擾能力；其二，可調電阻存在機械接觸，易受環(huán)境影響而改變其固有參數，進而影響傳感器的穩(wěn)定性。基于上述原因，反射式紅外光電傳感器的調距方法需要創(chuàng)新。
[0006]申請人曾在《傳感器世界》中發(fā)表過一篇名稱為“基于紅外接收模組的智能光電開關設計”的文章，文中討論了通過智能化動態(tài)光強控制來提高檢測的穩(wěn)定性問題，但是文中并未涉及調距技術。另外，由于紅外遙控接收模組是將接收電路、放大電路和解調電路一體化設計，其增益并不可調。因此，要想采用技術成熟、性能穩(wěn)定、價格低廉的紅外遙控接收模組設計新型傳感器，需要對反射式光電傳感器的調距方式進行改進。
[0007]公知的，以鎖相環(huán)為代表的一類鑒相檢波電路，都具有選頻特性，當輸入信號的頻率接近其中心接收頻率時，具有最大的靈敏度，偏離中心接收頻率則靈敏度下降，偏離較大時則靈敏度下降為零，也就是說，隨著頻率的偏移，靈敏度會逐漸下降，這就為以變頻的方式調節(jié)傳感器的靈敏度提供了可能。
[0008]基于前述內容，對于本申請中的反射式光電傳感器而言，靈敏度變化等效于測量距離的變化，該種調距方式在本申請中簡稱為“變頻調距”。其中，改變頻率可以手動實現，比如旋轉電位器，也可以自動實現，比如程序控制。本申請主要針對后者，為便于描述，本申請涉及的調距方式簡稱為“程控頻率調距”。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明要解決的第一個技術問題是提供一種反射式紅外光電傳感器，該傳感器的電路結構簡單、設置方便、使用靈活、可實現程控頻率調距。
[0010]本發(fā)明要解決的第二個技術問題是提供一種傳感器的程控頻率調距方法，該方法利用單片機改變發(fā)射光頻率，從而改變傳感器的有效檢測距離，能夠充分利用軟件資源，簡化電路結構，提尚傳感器的穩(wěn)定性。
[0011]為解決上述第一個技術問題，本發(fā)明的反射式紅外光電傳感器的結構特點是包括紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、單片機、輸出接口電路和設置電路，其中:
[0012]紅外發(fā)射電路包括紅外發(fā)射管，該紅外發(fā)射管由單片機驅動并能發(fā)射調制頻率為f的紅外脈沖光；
[0013]紅外接收電路包括中心接收頻率為f。的紅外遙控接收模組，該紅外遙控接收模組檢測反射光，并初步判斷是否有被檢物進入傳感器已設定的檢測范圍d，再將判斷結果輸出給單片機；
[0014]設置電路包括一個按鍵，該按鍵向單片機發(fā)送設置請求信號；
[0015]輸出接口電路由單片機驅動并向輸出連接器發(fā)送開關信號作為輸出；
[0016]單片機為控制核心，其內建有用于存儲參數和程序的非易失性存儲單元，其具有多個與上述各電路連接的I/O接口，其中的一個I/O接口輸出頻率可調的波形信號且該波形信號發(fā)送給紅外發(fā)射管作為紅外發(fā)射管的驅動信號，另一個I/O接口接收紅外遙控接收模組的信號且單片機將來自該接口的信號進行抗噪處理以最終確定是否有被檢物存在，從而通過又一個I/o接口驅動輸出接口電路輸出開關信號，單片機還具有一個專用于接收設置請求信號的I/o接口，設置請求信號包括用于啟動單片機控制改變波形信號頻率以調整傳感器檢測范圍的調距請求信號。
[0017]所述紅外光電傳感器還包括用于單片機在線下載程序的預留連接器；所述設置請求信號還包括用于啟動單片機改變輸出接口電路輸出方式的輸出方式切換請求信號，輸出方式切換請求信號和調距請求信號依據按鍵持續(xù)按下時間的長短劃分。
[0018]所述按鍵持續(xù)按下時間小于10秒則設置請求信號為調距請求信號，按鍵持續(xù)按下時間大于10秒則設置請求信號為輸出方式切換請求信號。
[0019]所述紅外遙控接收模組包括光探測器、前置放大器和檢波電路。
[0020]所述輸出接口電路包括連接在單片機和輸出連接器之間的NPN型三極管，該NPN型三極管的發(fā)射極接地、基極與單片機的I/O接口連接、集電極與輸出連接器連接。
[0021]為解決上述第二個技術問題，本發(fā)明的傳感器的程控頻率調距方法包括如下步驟:
[0022]步驟I)將被檢物置于傳感器光路的前方，保證被檢物與傳感器之前的直線距離為待設定的有效檢測距離d ；
[0023]步驟2)按下設置電路的按鍵并向單片機發(fā)送調距請求信號；
[0024]步驟3)單片機接收調距請求信號并向紅外發(fā)射管發(fā)送頻率f = f。的波形信號作為其驅動信號，用以驅動紅外發(fā)射管發(fā)射頻率f = &的脈沖光；f c為紅外遙控接收模組的中心接收頻率；
[0025]步驟4)通過紅外接收電路檢測反射光并由單片機確定是否有被檢物，若檢測不到被檢物，則單片機保存原參數退出，說明待設定的有效檢測距離d超出傳感器自身的最大量程；若能檢測到被檢物，則單片機控制改變波形信號的頻率f使其逐漸減小或逐漸增大以偏離中心接收頻率&，同時不斷通過紅外接收電路檢測反射光并由單片機確定是否有被檢物，直到被檢物不能被檢測到，記錄此時的波形信號頻率f，該波形信號頻率f對應的檢測距離即為待設定的有效檢測距離d ;
[0026]步驟5)單片機將與步驟4中所記錄波形信號頻率f相對應的參數存儲到非易失性存儲單元中，以供正常檢測時調用；
[0027]步驟6)調距完成，回到正常檢測狀態(tài)。
[0028]步驟2)中的按鍵還可向單片機發(fā)送輸出方式切換請求信號，輸出方式切換請求信號和調距請求信號依據按鍵持續(xù)按下時間的長短劃分。單片機接收到輸出方式切換請求信號時，如果輸出接口電路的輸出方式為常開狀態(tài)輸出，則切換為常閉狀態(tài)輸出，如果輸出接口電路的輸出方式為常閉狀態(tài)輸出，貝1J切換為常開狀態(tài)輸出；修改后的輸出狀態(tài)保存在非易失性存儲單元中。
[0029]可見，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:1)實現了程控頻率調距，充分利用了軟件資源，簡化了電路結構；2)實現了智能化設置，僅利用一個按鍵即可完成全部設置，方便實用；3)輸出接口的輸出方式可以切換，使用更加靈活方便，傳感器可以常開輸出也可以常閉輸出，增加了傳感器的適用范圍。
【附圖說明】
[0030]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明:
[0031]圖1為本發(fā)明的整體結構框圖；
[0032]圖2為發(fā)射光頻率與傳感器