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光电传感器与应用电路

来源:华强电子网 作者:华仔 浏览:1096

标签: 驱动 发光二极管 晶体管 发射接收器 电动机

摘要: 1.主要类型光电传感器根据检测模式的不同可分为如下几种:(1)反射式光电传感器将发光器与光敏器件置于一体内,发光器发射的光被检测物反射到光敏器件。(2)透射式光电传感器将发光器与光敏器件置于相对的两个位置,光束也是在两个相对的物体之间,穿过发光器与光敏器件的被检测物体回阻断光束,并启动受光器。(3)聚焦式光电传感器将发光器与光敏器件聚焦于特定距离,只有当被检测物体出现在聚焦点时,光敏器件才会接受到

1.主要类型
光电传感器根据检测模式的不同可分为如下几种:
(1)反射式光电传感器将发光器与光敏器件置于一体内,发光器发射的光被检测物反射到光敏器件。
(2)透射式光电传感器将发光器与光敏器件置于相对的两个位置,光束也是在两个相对的物体之间,穿过发光器与光敏器件的被检测物体回阻断光束,并启动受光器。
(3)聚焦式光电传感器将发光器与光敏器件聚焦于特定距离,只有当被检测物体出现在聚焦点时,光敏器件才会接受到发光器发出的光束。
1)利用反射式光电传感器检测黑白物体
利用反射式光电传感器检测黑白物体的电路如图


由于黑色物体和白色物体的反射系数不同,调节反射式光电传感器与检测对象之间的距离,使光敏三极管就只能接受到白色物体反射回来的光束。而对于黑色物体由于其反射系数小,所反射回来的光束很弱,光敏三极管无法接受到反射光。利用反射光可以使光敏三极管实现导通和关断,从而实现对黑白物体的分辨。
电路工作过程如下:当被测物体是黑色物体时,红外光电二极管U1发射出的光,被反射回来的很弱,光敏三极管无法导通,所以A点此时为高电平,通过反相器7414,FPGA或者微控制器接受到的信号是低电平。当被测物体是白色物体时,红外光电二极管U1发射的光,被反射回来的很强,光敏三极管导通,所以A点此时为低电平,通过反相器7414, FPGA或者微控制器接受到的信号是高电平; FPGA或者微控制器检测输入的电平,即可以判断此时被检测物体是白色物体还是黑色物体。
集成光电检测器

集成的光电传感器
(1)分类
集成的光电传感器主要有反射式光电开关、会聚式光电开关、透射式光电开关、反射板式光电开关、光纤穿透式开关、光纤反射式开关等几种,一般采用前三种。
(2)工作光源
采用的工作光源主要有可见红光(650nm)、可见绿光(510nm)和红外光(800~940nm)。不同的光源在具体情况下各有其长处。例如:在不考虑被测物体颜S***Q况下,红外光有较宽的敏感范围,而可见红光或绿光特别适合于反差检测,光源的颜色必须根据被测物体的颜色来选择,红色物体与红色标记宜用绿光(互补色)进行检测。
(3)外形
按照外壳形状可分为:螺纹圆柱形系列,圆柱形系列,方形系列,槽型贯穿形系列。比较常用的螺纹圆柱形系列外形如图3.6.21所示。
(4)接线图与电感式接近传感器相同。具体型号可进入有关网站查询。

螺纹园柱型光电传感器
往届应用
探测路面黑线的基本原理:光线照射到路面并反射,由于黑线和白纸对光的反射系数不同,可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理,可以控制小车行走的路迹。下面几种可行的方案是根据本原理设计的:
方案一:采用普通的发光二极管及光敏电阻组成的发射接收方案,如图1-1所示。其工作原理:当无光照时,光敏电阻呈现高阻状态,又分压公式可知,电阻R2无压降三极管截止,三极管的集电极输出高电平;反之,当有光照的时候,光敏电阻接收到反射的光,其阻值下降,由分压公式,R2有压降三极管导通,输出低电平,利用高低电平可以判断控制小车的形程和方向。本方案能达到基本的控制要求,但是它的缺点在于容易受到外界光线的干扰,不易于控制小车的行迹,损坏了信号采集的效果。主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、材料的反射情况有关直接影响到检测效果。


1-1发光二极管及光敏电阻组成的发射接收方案

方案二:脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用该有交流分量的调制信号,侧可大幅度减少外界干扰;另外红外发射接收管的最大工作电流取决于平均电流。如果采用占空比小的调制信号,再平均电流不变的情况下,瞬时电流很大(50~100mA),则大大提高了信噪比。并且其反应灵敏,外围电路也很简单。如图1-2所示。它的优点是消除了外界光线的干扰提高了灵敏度,制作比较简单。

1-2脉冲调制的反射式红外发射接收方案
由以上两种方案比较可知。方案二要比方案一优势大,市场上很多红外观点探头也都基于这个原理。其电路简单,工作可靠,性能比较稳定。从而避免了电路的复杂性,因此我先用方案二作为小车的监测系统。
2.电动机的选择
市场上用很多种类的小电压直流电动机,很方便的选择到。主要有普通电动机、和步进电动机。
方案一:采用步进电机,步进电动机的一个显著的特点就是具有快速启动和停止能力,能够达到我们所要求的标准。如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值,就能够立即是步进电机启动或反转。其转换灵敏度比较高。正转、反转控制灵活。但是步进电机的价格比较昂贵,对于我们的现状相差太远。
方案二:采用普通的直流电机。直流电机具有优良的调速特性,调速平滑、方便。调整范围广;过载能力强,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无极快速启动、制动和反转。能满足各种不容的特殊运行要求。
由于普通直流电机价格适宜,更易于购买,并且电路相对简单,因此建议采用直流电机作为动力源。
3.电动机驱动方案的选择
方案一:采用电路网络或数字电位器调整电动机的分压,从而达到调整速度目的。但是组织网络只能是先有极调速,而数字电阻的元器件价格比较昂贵,且可能存在于干扰。更主要的问题在于一般电动机的电阻比较小丹电流很大,分压不仅会降低效率,而且实现很困难。
方案二:采用继电器对电动机的开关控制,通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。这个电路的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间长,易于损坏,寿命较短、可靠性小。
方案三:采用四个大功率晶体管组成H桥式电路,四个大功率晶体管分为两组,交替导通和截止,用单片机控制使之工作在开关状态,进而控制电机的运行。该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下,效率非常高,并且大功率晶体管开关的速度很快,稳定性也极强,是一种广泛采用的电路。
型号 厂商 价格
型号/产品名 平均报价 涨跌幅
STM8S003F3P6 1.72 1.12%
74HC573D 0.64 2.86%
2N7002 3.66 400.00%
STM32F103C8T6 7.47 27.87%
1N4007 1.58 0.00%
ADM2483BRWZ 8.90 3.21%
SHT10 16.21 5.88%
STM32F103RCT6 12.56 24.44%
78L05 10.55 66.67%
LM358 118206.75 16.67%
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