【光电传感器】光电传感器与应用电路

岁月

　　光电传感器与应用电路

　　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。

　　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

　　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。(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。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。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。

　　由以上三种方案，我们选择了四个大功率晶体管组成H桥式电路的293集成芯片，运用方便简单，软件也简单。

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