CN103116299B - 一种用于纱线粗细检测的红外发射管恒流驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外发射管的恒流驱动电路，目前红外发射管的驱动电路电流稳定性较差且不能很好地控制输出电流的大小。本发明包括D/A转换电路、电压跟随电路、V/I转换电路。D/A转换电路包括单片机和D/A转换器；电压跟随电路包括一个运算放大器和两个电阻；V/I转换电路包括两个运算放大器和七个电阻。本发明电路使用单片机控制D/A转换器输出一个电压信号，该信号通过电压跟随器传递给后级电路，电压跟随器实现电路的阻抗匹配，V/I转换电路用于产生一个正比于输入电压的电流，驱动红外发射管，整个电路实现了可控电流的输出，且电路结构简单。

Description

一种用于纱线粗细检测的红外发射管恒流驱动电路
技术领域
本发明属于电子技术应用领域，具体属于纺织电子技术领域，具体涉及一种用于纱线粗细检测的红外发射管恒流驱动电路。
背景技术
电子清纱器是纺织工业上用于清除有害纱疵，控制纱线质量的电子设备。电子清纱器的应用既可以监督前道工序的工作状况，还可以极大地提高后道工序的成品质量和工作效率。根据不同的检测原理，电子清纱器可以分为光电式和电容式两类。与电容式电子清纱器相比，光电式电子清纱器有着对环境温度和湿度影响小的优点。传统的光电式电子清纱器中，红外发射管往往采用固定电压驱动。一方面，由于红外发射管的伏安特性曲线，固定电压无法保证红外发射管长期稳定工作。另一方面，电子清纱器的使用环境中光照强度的变化和生产过程中的飞花都会影响接收管的信号，因此就需要通过调节红外发射强度来补偿环境引入的误差。本发明针对以上两种情况，提出了一种用于纱线粗细检测的红外发射管恒流驱动电路。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种用于纱线粗细检测的红外发射管恒流驱动电路。
本发明的电路包括D/A转换电路、电压跟随电路和V/I转换电路。
所述的D/A转换电路包括单片机STM8S105C6T6芯片U4和D/A转换器MAX541芯片U5；单片机STM8S105C6T6芯片U4的第一个IO口I/O1与D/A转换器U5的CS端连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的第二个IO口I/O2与D/A转换器U5的SCLK端连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的第三个IO口I/O3与D/A转换器U5的DIN端连接。
所述的电压跟随电路包括第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2；第一运算放大器U1的反相输入端与第二电阻R2的一端连接，第一运算放大器U1的同相输入端与第一电阻R1的一端连接，第一运算放大器U1的输出端与第二电阻R2的另一端连接；第一电阻R1的另一端与D/A转换器U5的VOUT端连接。
所述的V/I转换电路包括第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9。第二运算放大器U2的同相输入端与第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端连接，第二运算放大器U2的反相输入端与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，第二运算放大器U2的输出端与第四电阻R4的另一端、第九电阻R9的一端连接，第五电阻R5的另一端与第一运算放大器U1的输出端连接；第三运算放大器U3的反相输入端与第七电阻R7的一端连接，第三运算放大器U3的同相输入端与第八电阻R8的一端连接，第三运算放大器U3的输出端与第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端连接；第八电阻R8的另一端与第九电阻R9的另一端连接，作为驱动电流的输出端。
本发明用单片机控制D/A转换芯片产生一个线性可调的电压信号，再将这个信号通过由一个运算放大器构成的电压跟随电路，电压跟随电路的作用是接在D/A转换电路与V/I转换电路之间作为阻抗变换器，V/I转换电路作为整个红外发射管恒流驱动电路的输出级，将电压信号转换为红外发射管的工作电流，该电流的大小正比于D/A的输出电压。
本发明的有益效果：本发明电路能够实现恒流输出和发射强度控制，在驱动红外发射管使其正常工作的同时，还能保护红外发射管不因电流过大而被击穿，本电路还具有电路简单，性能稳定的优点。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于纱线粗细检测的红外发射管恒流驱动电路，包括D/A转换电路、电压跟随电路和V/I转换电路。
D/A转换电路包括单片机STM8S105C6T6芯片U4和D/A转换器MAX541芯片U5；单片机STM8S105C6T6芯片U4的第一个IO口I/O1与D/A转换器U5的CS端连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的第二个IO口I/O2与D/A转换器U5的SCLK端连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的第三个IO口I/O3与D/A转换器U5的DIN端连接。
电压跟随电路包括第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2；第一运算放大器U1的反相输入端与第二电阻R2的一端连接，第一运算放大器U1的同相输入端与第一电阻R1的一端连接，第一运算放大器U1的输出端与第二电阻R2的另一端连接；第一电阻R1的另一端与D/A转换器U5的VOUT端连接。
V/I转换电路包括第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9。第二运算放大器U2的同相输入端与第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端连接，第二运算放大器U2的反相输入端与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，第二运算放大器U2的输出端与第四电阻R4的另一端、第九电阻R9的一端连接，第五电阻R5的另一端与第一运算放大器U1的输出端连接；第三运算放大器U3的反相输入端与第七电阻R7的一端连接，第三运算放大器U3的同相输入端与第八电阻R8的一端连接，第三运算放大器U3的输出端与第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端连接；第八电阻R8的另一端与第九电阻R9的另一端连接，作为驱动电流的输出端。
本发明电路的工作原理如下：
单片机U4STM8S105C6T6芯片换为模拟电压信号；运算放大器U1和电阻R2、R3组成电压跟随器，电压跟随器的输入输出电压相等，即VO2=VO1，电压跟随器的作用是实现阻抗匹配；运算放大器U2、U3和电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10组成V/I转换电路。V/I转换电路的分析如下：根据运算放大器的“虚短”和“虚断”特性，对U2与R3、R4组成的电路进行分析可得关系式：
Figure 201310017254X100002DEST_PATH_IMAGE002
用相同的方法对U3与R5、R6组成的电路进行分析可得关系式：
Figure 201310017254X100002DEST_PATH_IMAGE004
现设：
Figure 201310017254X100002DEST_PATH_IMAGE006
根据运算放大器的“虚断”特性，可得第八电阻R8无电流流过，因此流过第九电阻R9的电流与流过红外发射管的电流相同。即得
Figure 201310017254X100002DEST_PATH_IMAGE008
因此V/I转换电路能够实现对输出电流的线性控制。再根据VO2=VO1，可得
Figure 201310017254X100002DEST_PATH_IMAGE010
综上所述，输出驱动电流大小只与D/A转换器输出电压VO1和限流电阻R9有关，当R9阻值确定后，红外发射管的驱动电流就仅由D/A转换器U5的输出电压VO1所决定，因此D/A输出电压固定后，红外发射管可长期工作在恒定的驱动电流下，从而保证了纱线粗细光电检测的精度。

Claims (1)

1.一种用于纱线粗细检测的红外发射管恒流驱动电路，其特征在于：包括D/A转换电路、电压跟随电路、V/I转换电路，
所述的D/A转换电路包括单片机STM8S105C6T6芯片U4和D/A转换器MAX541芯片U5；单片机STM8S105C6T6芯片U4的第一个IO口I/O1与D/A转换器U5的CS端连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的第二个IO口I/O2与D/A转换器U5的SCLK端连接，单片机STM8S105C6T6芯片U4的第三个IO口I/O3与D/A转换器U5的DIN端连接；
所述的电压跟随电路包括第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2；第一运算放大器U1的反相输入端与第二电阻R2的一端连接，第一运算放大器U1的同相输入端与第一电阻R1的一端连接，第一运算放大器U1的输出端与第二电阻R2的另一端连接；第一电阻R1的另一端与D/A转换器U5的VOUT端连接；
所述的V/I转换电路包括第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9，第二运算放大器U2的同相输入端与第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端连接，第二运算放大器U2的反相输入端与第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，第二运算放大器U2的输出端与第四电阻R4的另一端、第九电阻R9的一端连接，第五电阻R5的另一端与第一运算放大器U1的输出端连接；第三运算放大器U3的反相输入端与第七电阻R7的一端连接，第三运算放大器U3的同相输入端与第八电阻R8的一端连接，第三运算放大器U3的输出端与第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端连接；第八电阻R8的另一端与第九电阻R9的另一端连接，作为驱动电流的输出端。
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