CN103048585A - 一种红外光电对管开路故障在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外光电对管开路故障在线检测方法，包括检测接收管是否开路的步骤和检测发射管是否开路的步骤；其利用接收管的寄生电容、发射管通电发光等半导体材料特性，通过单片机嵌入式软件编程控制，达到检测红外光电对管是否开路的目的。在抄表前采用该方法对红外光电对管的接收管、发射管是否开路进行检测，从而为电子读数的纠错提供信息，最大程度保证机、电读数一致，避免出现计量纠纷。

Description

一种红外光电对管开路故障在线检测方法

技术领域

本发明属于计量行业信息化处理领域，具体涉及一种红外光电对管开路故障在线检测方法。

背景技术

智能水表和智能气表的远程抄表方式中，机械字轮读数被转换为电子读数。在机、电读数转换过程中，红外光电直读传感器被广泛应用，在抄电子读数时，需要红外光电对管正常工作，而一旦某个红外光电对管开路，信号采样系统无法判断电子读数中该红外光电对管对应位置的无信号是由于开路故障引起，还是由于传感器本身所处实际位置引起的；如果是红外光电对管开路故障引起的，则会导致所抄的电子读数与用户看到的表上的机械字轮读数不一致，并且得不到纠正信息，引起计量纠纷。因此，红外光电对管开路故障在线检测在实际应用中是一个急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种红外光电对管开路故障在线检测方法，以在抄表前对红外光电对管的接收管、发射管是否开路进行检测，为进一步对可能出现的错误电子读数进行纠正提供信息，最大程度避免出现电子读数与机械字轮读数不一致的情况。

本发明是在红外光电对管信号发射和信号接收基础上，合理利用接收管的寄生电容、发射管通电发光等半导体材料特性，通过单片机嵌入式软件编程控制，达到检测红外光电对管是否开路的目的。

红外光电对管的接收管是一种半导体材料，如果其集电极与发射极之间施加高频或阶跃信号时，就会在集电极与发射极之间出现寄生电容效应；正常情况下，当阶跃信号在集电极与发射极之间产生寄生电容效应时，其容值相对较大，如果接收管开路，寄生电容的容值就很小，利用这一特性，通过单片机软件编程控制，监测在两种情况下阶跃信号在寄生电容和第一采样电阻构成的RC回路中的衰减程度，并在一定时间后（该时间大于接收管开路时的衰减时间，小于接收管正常时的衰减时间）采集第一采样电阻上的电压信号，通过该电压信号来判断接收管是否开路。

红外光电对管的发射管具有通电发光的特性，在通电回路中将恒流源电路中的反馈电阻作为第二采样电阻，通过采集其电压信号来判断发射管是否开路。

本发明所述的红外光电对管开路故障在线检测方法，包括如下步骤：

第一步，检测接收管是否开路：

1）给接收管施加红外光照或自然延时，使接收管的集电极与发射极之间的寄生电容充分放电；

2）禁止给接收管光照，并延时10μS以上，延时后，单片机控制电源给接收管的集电极与地之间施加电压，并延时10μS～20μS；

3）延时后，单片机对连接在接收管的发射极与地之间的第一采样电阻进行A/D采样，并根据采样结果进行判断，如果采样得到规定幅值以上的电压，则表明接收管正常，如果采样得到的电压为0V，则表明接收管开路；

第二步，检测发射管是否开路：

1）将发射管的正极接直流电源VCC，负极接恒流源电路的电源端；

2）将恒流源电路中的反馈电阻作为第二采样电阻，单片机输出端口给恒流源电路的控制端口加电，并延时50μS以上；

3）延时后，单片机对第二采样电阻上的电压进行A/D采样，并根据采样结果进行判断，如果采样得到设定幅值的电压，则表明发射管正常，如果采样得到的电压为0V，则表明发射管开路。

采用本发明所述的方法在抄表前在线对红外光电对管的发射管、接收管是否开路进行检测，为进一步对可能出现的错误电子读数进行纠正提供了信息，最大程度避免了出现电子读数与机械字轮读数不一致的情况，避免了用户缴纳水费时因机械字轮读数与收费水量（即电子读数）不一致而产生纠纷；该方法利用现有的智能水表或智能气表上的成熟电路进行检测，不需改变硬件电路结构，操作方便，检测结果准确。

附图说明

图1为本发明中接收管接收信号的电路原理图。

图2为本发明中接收管正常时，其对阶跃信号响应的信号衰减波形图。

图3为本发明中接收管开路时，其对阶跃信号响应的信号衰减波形图。

图4为本发明中发射管在恒流源电路中通电发光的原理图。

图5为本发明的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，接收管T1（型号为T0136）的集电极c接由单片机控制的电源输入，发射极e接第一采样电阻R1的一端，第一采样电阻R1的另一端接地，第一采样电阻R1的阻值为10K，从接收管T1的发射极e与第一采样电阻R1的连接点取样，形成第一个信号采样点A。

如图4所示，恒流源电路由电阻R2、第二采样电阻R3、第一三极管Q1和第二三极管Q2构成，电阻R2的一端接由单片机控制的电源输入（即单片机的输出端口给恒流源电路的控制端口加电），电阻R2的另一端接第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的集电极，第一三极管Q1的发射极接第二采样电阻R3的一端和第二三极管Q2的基极，第二采样电阻R3的另一端和第二三极管Q2的发射极接地；发射管D1（型号为ED112）的正极接直流电源VCC，负极接第一三极管Q1的集电极，从第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的基极与第二采样电阻R3的连接点取样，形成第二个信号采样点B。

在抄表前，首先对红外光电对管的接收管T1和发射管D1是否开路进行在线检测。

如图2、图3和图5所示的红外光电对管开路故障在线检测方法，包括如下步骤：

第一步，检测接收管T1是否开路：首先，给接收管T1的基极b施加红外光照或采用自然延时，使接收管T1的集电极c与发射极e之间的寄生电容C1充分放电，在此过程中，接收管T1的集电极c与地之间不能施加电源或其他信号；其次，禁止给接收管T1的基极b光照，并延时10μS；再次，延时结束后，单片机控制电源打开，给接收管T1的集电极c与地之间施加电压，并延时20μS，在阶跃信号作用下，由于寄生电容C1的作用，第一个信号采样点A上将得到信号电压逐步衰减的波形，如果接收管T1正常，其寄生电容C1为3nF～5nF，对应的电压信号波形如图3所示，信号衰减的时间约150μS，如果接收管T1开路，则寄生电容C1等效值不到10pF，对应的信号衰减波形如图4所示，信号衰减时间约5μS；最后，延时结束后，单片机对第一个信号采样点A的电压信号进行A/D采样，并根据采样结果进行判断；如果采样得到0.1V以上的电压，则表明接收管T1正常（因为如果接收管T1正常，信号衰减时间有150μS，所以一定会得到0.1V以上的模拟电压信号）；如果采样得到的电压为0V，则表明接收管T1开路（因为如果接收管T1开路，信号衰减不到5μS就完成，那么在20μS后采集到的模拟电压信号就为0V）； 

第二步，检测发射管D1是否开路：将恒流源电路中的反馈电阻作为第二采样电阻R3，单片机控制其输出端口打开，从电阻R2的一端给恒流源电路加电，并延时1mS；延时结束后，单片机对第二个信号采样点B的电压信号进行A/D采样，并根据采样结果进行判断；如果采样得到0.6V左右（采用的第一、第二三极管的型号不同，得到的电压值稍有不同）的电压，则表明发射管D1正常；如果采样得到的电压为0V，则表明发射管D1开路。

每次抄表前，先用上述检测方法判断红外光电对管是否开路，然后再抄取电子读数，这样可以准确发现故障点，从而为电子读数的纠错提供信息。

本发明结合说明书和附图对实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种红外光电对管开路故障在线检测方法，包括如下步骤：

第一步，检测接收管是否开路：

1）给接收管施加红外光照或自然延时，使接收管的集电极与发射极之间的寄生电容充分放电；

2）禁止给接收管光照，并延时10μS以上，延时后，单片机控制电源给接收管的集电极与地之间施加电压，并延时10μS～20μS；

3）延时后，单片机对连接在接收管的发射极与地之间的第一采样电阻进行A/D采样，并根据采样结果进行判断，如果采样得到规定幅值以上的电压，则表明接收管正常，如果采样得到的电压为0V，则表明接收管开路；

第二步，检测发射管是否开路：

1）将发射管的正极接直流电源VCC，负极接恒流源电路的电源端；

2）将恒流源电路中的反馈电阻作为第二采样电阻，单片机输出端口给恒流源电路的控制端口加电，并延时50μS以上；

3）延时后，单片机对第二采样电阻上的电压进行A/D采样，并根据采样结果进行判断，如果采样得到设定幅值的电压，则表明发射管正常，如果采样得到的电压为0V，则表明发射管开路。

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