CN103674100A - 一种码盘光电传感器检测电路以及码盘检测系统 - Google Patents

一种码盘光电传感器检测电路以及码盘检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种码盘光电传感器检测电路，包括：第一比较电路以及第二比较电路。其中，第一比较电路的输入端与外接光电传感器的输出端相连，用于检测外接光电传感器的输出信号的电压变化量，根据电压变化量以及第一基准电压，输出第一电压信号。第二比较电路的输入端与第一比较电路的输出端相连，用于将第一电压信号转化为一TTL电平信号，以使外接微控制器根据TTL电平信号对码盘叶片进行计数。可见，本发明提供的码盘光电传感器检测电路，在积灰出现光电传感器的输出信号浮高时，由于是检测光电传感器输出信号的电压变化量，并不会出现积灰影响码盘的计数的现象。

Description

一种码盘光电传感器检测电路以及码盘检测系统
技术领域
本发明涉及设备检测技术领域，更具体的说，是涉及一种码盘光电传感器检测电路以及码盘检测系统。
背景技术
如图1所示，现有技术中，对码盘1的计数是通过检测码盘叶片2遮挡光电传感器3的次数来实现。具体的，在光电传感器3上设置有发光管4以及光敏接收管5，当受到码盘叶片遮挡时，光敏接收管5关断，当未受到码盘叶片遮挡时，光敏接收管5导通。
传统的光电码盘检测电路如图2所示，其检测电路101的输入端与光电传感器3的输出端相连，即对应图2中的A点。通常，当光敏接收管关断时，此时由于上拉电阻R1存在，A点的电压为VCC1；当光敏接收管5导通时，此时，A点电压被拉低为0。
而当A点的电压高于某一上阀值（VT+）时，则定义A点的输入信号是高电平信号，经过反相器U1后，B点的输出信号为低电平。同理，当A点电压低于某一下阀值（VT-）时，则定义A点的输入信号是低电平信号，经过反相器U1后，B点的输出信号为高电平。需要说明的是，上阀值为反相器U1输入端能检测到信号从低电平变为高电平所需的电压的下限值。相应的，下阀值为反相器U1输入端能检测到信号从高电平变为低电平所需的上限值。
但发明人发现：现有技术中，光电传感器表面上的灰尘积到一定程度时，即使光电传感器没有被码盘叶片遮挡，光电传感器也会输出一个高于VT+的电压信号，这时，光电码盘检测电路就会误认为输入信号是一个高电平信号，从而使得外接微控制器误以为光电传感器被码盘叶片遮挡，对码盘进行计数，导致计数结果不准确。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种码盘光电传感器检测电路以及码盘检测系统，以克服现有技术中灰尘堆积导致的码盘计数不准确的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种码盘光电传感器检测电路，包括：第一比较电路以及第二比较电路；
所述第一比较电路的输入端与外接光电传感器的输出端相连，用于检测所述外接光电传感器的输出信号的电压变化量，根据所述电压变化量以及第一基准电压，输出第一电压信号；
所述第二比较电路的输入端与所述第一比较电路的输出端相连，用于将所述第一电压信号转化为一TTL电平信号，以使外接微控制器根据所述TTL电平信号对码盘叶片进行计数。
优选的，所述第一比较电路包括：第一电阻、第一电容、第二电阻、第三电阻以及第一运算放大器；
所述第一电阻的第一端接电压VCC1，所述第一电阻的第二端分别与所述第一电容的第一端以及外接光电传感器的输出端相连，所述第一电容的第二端通过所述第二电阻分别与所述第一运算放大器的反相输入端以及所述第三电阻的第一端相连，所述第一运算放大器的同相输入端接所述第一基准电压，所述第一运算放大器的输出端与所述第三电阻的第二端相连，且作为所述第一比较电路的输出端。
优选的，所述第二比较电路包括：第二运算放大器；
所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一比较电路的输出端相连，所述第二运算放大器的反相输入端接所述第二基准电压，所述第二运算放大器的输出端作为所述第二比较电路的输出端。
优选的，所述第一基准电压大于所述第二基准电压。
优选的，所述第三电阻的阻值远远大于所述第二电阻的阻值。
一种码盘检测系统，包括：光电传感器以及码盘光电传感器检测电路。
优选的，所述第一比较电路包括：第一电阻、第一电容、第二电阻、第三电阻以及第一运算放大器；
所述第一电阻的第一端接电压VCC1，所述第一电阻的第二端分别与所述第一电容的第一端以及外接光电传感器的输出端相连，所述第一电容的第二端通过所述第二电阻分别与所述第一运算放大器的反相输入端以及所述第三电阻的第一端相连，所述第一运算放大器的同相输入端接所述第一基准电压，所述第一运算放大器的输出端与所述第三电阻的第二端相连，且作为所述第一比较电路的输出端。
优选的，所述第二比较电路包括：第二运算放大器；
所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一比较电路的输出端相连，所述第二运算放大器的反相输入端接所述第二基准电压，所述第二运算放大器的输出端作为所述第二比较电路的输出端。
优选的，所述第一基准电压大于所述第二基准电压。
优选的，所述第三电阻的阻值远远大于所述第二电阻的阻值。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种码盘光电传感器检测电路，包括：第一比较电路以及第二比较电路。其中，第一比较电路的输入端与外接光电传感器的输出端相连，用于检测外接光电传感器的输出信号的电压变化量，根据电压变化量以及第一基准电压，输出第一电压信号。第二比较电路的输入端与第一比较电路的输出端相连，用于将第一电压信号转化为一TTL电平信号，以使外接微控制器根据TTL电平信号对码盘叶片进行计数。可见，本发明提供的码盘光电传感器检测电路，在积灰出现光电传感器的输出信号浮高时，由于是检测光电传感器输出信号的电压变化量，并不会出现积灰影响码盘的计数的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为光电码盘的结构示意图；
图2为现有技术中码盘检测电路的原理图；
图3为现有技术中光电传感器输出端电压的波形图；
图4为本发明提供的一种码盘光电传感器检测电路的原理图；
图5为采用本发明提供的一种码盘光电传感器检测电路后各点的电压波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种码盘光电传感器检测电路，包括：第一比较电路以及第二比较电路。其中，第一比较电路的输入端与外接光电传感器的输出端相连，用于检测外接光电传感器的输出信号的电压变化量，根据电压变化量以及第一基准电压，输出第一电压信号。第二比较电路的输入端与第一比较电路的输出端相连，用于比较第一电压信号与第二基准电压，输出一TTL电平信号，以使外接微控制器根据TTL电平信号对码盘叶片进行计数。可见，本发明提供的码盘光电传感器检测电路，在积灰出现光电传感器的输出信号浮高时，由于是检测光电传感器输出信号的电压变化量，并不会出现积灰影响码盘的计数的现象。
请参阅图2，为现有技术中码盘检测电路的原理图，其中，3代表光电传感器，101代表光电传感器的检测电路，2代表码盘叶片，该码盘叶片的主要作用是遮挡传感器光路。从图中不难看出，光电传感器的左侧是发光管，右侧是光敏接收管，二者形成一光路。
光电传感器检测电路101包括电阻R1，电阻R2，反相器U1以及第一电源VCC1。当码盘叶片2遮挡光线时，光电传感器右侧光敏接收管呈截至状态，此时A点信号受电阻R1上拉至VCC1电压，由于限流电阻器R2的阻值很小，A点信号经过R2后输入到反相器U1的信号电压仍为VCC1。又有VCC1大于反相器U1的门槛电压的上阀值VT+，则输出信号B为0V（低电平）。
同理，当码盘叶片2未遮挡光路时，光电传感器右侧光敏接收管呈导通状态，此时A点信号被光敏接收管拉低至0V。又有A点信号小于U1的门槛电压的下阀值VT-，则输出信号B电压应接近VCC1（高电平）。
但，发明人发现，上述检测电路，当光电传感器表面积灰后，会影响到光电传感器在未遮挡状态下的输出信号电压，一旦积灰较严重后，即使码盘叶片未遮挡光电传感器的光路，也会因为灰尘遮挡而导致右侧光敏接收管不能完全导通，导致信号A的浮高，如图3中A点的波形。
当A点的电压信号高于VT-时，反相器U1输出的信号B将处于一个不确定状态，有可能是0V（即低电平），即此时，无论码盘是否被遮挡，检测电路都会输出一表征“遮挡”的控制信号，进而不能准确的对码盘进行计数，不能准确的测量到码盘的转速。
需要说明的是，现有技术中，当第一电源VCC1选择5V时，电压VT+可以为2.5V，电压VT-可以为1.6V。
为了解决上述问题，请参阅附图4，为本发明提供的一种码盘光电传感器检测电路的原理图，该检测电路201包括：第一比较电路以及第二比较电路。
其中，第一比较电路的输入端与外接光电传感器的输出端相连，用于检测外接光电传感器的输出信号的电压变化量，根据电压变化量以及第一基准电压，输出第一电压信号。
第二比较电路的输入端与第一比较电路的输出端相连，用于将第一电压信号转化为一TTL电平信号，以使外接微控制器根据TTL电平信号对码盘叶片进行计数。
具体的，本实施例提供了一种第一比较电路的具体实现电路，该第一比较电路包括：第一电阻、第一电容、第二电阻、第三电阻以及第一运算放大器。
各个器件的连接关系为：
第一电阻的第一端接电压VCC1，第一电阻的第二端分别与第一电容的第一端以及外接光电传感器的输出端相连，第一电容的第二端通过第二电阻分别与第一运算放大器的反相输入端以及第三电阻的第一端相连，第一运算放大器的同相输入端接第一基准电压，第一运算放大器的输出端与第三电阻的第二端相连，且作为第一比较电路的输出端。
除此，本实施里还提供了一种第二比较电路的具体电路图，该第二比较电路包括：第二运算放大器。其中，第二运算放大器的同相输入端与第一比较电路的输出端相连，第二运算放大器的反相输入端接第二基准电压，第二运算放大器的输出端作为第二比较电路的输出端。
需要说明的是，本实施例中，第一基准电压要大于第二基准电压。第三电阻的阻值远远大于第二电阻的阻值。
现结合上述电路的连接关系以及图5，对本发明提供的码盘光电传感器检测电路的工作原理进行说明，如下：
根据运算放大器的虚短和虚断原理，当电路处于稳定状态时，即第一电容C1完成充电，光电传感器的输出不发生变化，此时，第一运算放大器U1与第二电阻R2的公共端的电压为第一基准电压VREF1，B处的电压VB也等于第一基准电压VREF1，第一运算放大器
U1的输出端C点的电压也等于第一基准电压VREF1。
在稳定状态下，即使光电传感器因为严重积灰使得A点电压浮高为VF，因为有第一电容C1的存在，则不会影响B点电压的浮高。
具体的，当光电传感器从遮挡状态变化成不遮挡状态时，光电传感器的输出端A点的电压值将会降低（从VCC1降为0）。假定降低的差值为ΔV，则B点处的电压值VB也跟随下降到VREF1-ΔV，而第一运算放大器
U1输出端电压为
Figure BDA0000446407560000061
因为第三电阻R3阻值远大于第二电阻R2的阻值，且本实施例采用第一运算放大器
U1是Rail to Rail运算放大器，因此VC=VCC1。
此时，电压Vc将通过第三电阻R3、第二电阻R2给第一电容C1充电，直至B点的电压VB重新回升到第一基准电压VREF1后才停止对第一电容C1充电。而在VB回升到VREF1之前，C点处电压
Figure BDA0000446407560000062
需要说明的是，该充电时间T由C1与R2、R3组成的RC常数决定。这里我们定义从C1开始充电到Vc小于VCC1这一段时间为T1，如图5所示。之后，U2将C点处的电压值Vc与第二基准电压VREF2做比较，当Vc>VREF2，U2的输出端D点处的电压信号为VCC1。
同理，光电传感器从不遮挡状态变化成遮挡状态时，A点处电压值将会上升，假设上升的差值为ΔV，此时，B点处电压值VB也跟随上升到VREF1+ΔV，而U1的输出端电压为
Figure BDA0000446407560000071
又因为R3的阻值远大于R2的阻值，且U1是Rail to Rail运算放大器，因此VC=0V。
此时，电容C1将通过R1、R3、R2放电，直至VB重新下落到VREF1后才截至放电，放电时间T由C1与R1、R2、R3组成的RC常数决定。在VB下落到VREF1之前，C点处电压
Figure BDA0000446407560000072
定义从C1开始放电到Vc大于0V这一段时间为T2。这期间，U2将C点处的电压值Vc与第二基准电压VREF2做比较，当Vc<VREF2，U2的输出端D点处的电压信号为0，即T2周期内D点信号为一个逻辑低电平的脉宽信号。
可见，本实施例提供的检测电路可通过光电传感器输出信号的电压变化量，转换成一个脉宽信号，其脉宽由光电传感器输出信号的电压变化量、RC常数等决定。即使光电传感器因为积灰因素导致其输出信号浮高，通过该检测电路转换后，也不会影响对码盘的计数。
需要说明的是，在本实施例中，当第一电源VCC1选择5V时，第一参考电压VREF1可选择2.5V，第二参考电压VREF2要求必须小于第一参考电压VREF1，可选择2V。
上述本发明提供的实施例中详细描述了检测电路，对于本发明的检测电路还可采用多种形式实现，因此本发明还提供了一种检测系统，下面给出具体的实施例进行详细说明。
本发明还提供的一种码盘检测系统，包括：光电传感器以及如上述实施例中的码盘光电传感器检测电路。
具体的，该码盘检测系统中，检测电路的结构和原理和上述实施例一样，相互参见即可。
综上：本发明提供了一种码盘光电传感器检测电路，包括：第一比较电路以及第二比较电路。其中，第一比较电路的输入端与外接光电传感器的输出端相连，用于检测外接光电传感器的输出信号的电压变化量，根据电压变化量以及第一基准电压，输出第一电压信号。第二比较电路的输入端与第一比较电路的输出端相连，用于将第一电压信号转化为一TTL电平信号，以使外接微控制器根据TTL电平信号对码盘叶片进行计数。可见，本发明提供的码盘光电传感器检测电路，在积灰出现光电传感器的输出信号浮高时，由于是检测光电传感器输出信号的电压变化量，并不会出现积灰影响码盘的计数的现象。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种码盘光电传感器检测电路，其特征在于，包括：第一比较电路以及第二比较电路；
所述第一比较电路的输入端与外接光电传感器的输出端相连，用于检测所述外接光电传感器的输出信号的电压变化量，根据所述电压变化量以及第一基准电压，输出第一电压信号；
所述第二比较电路的输入端与所述第一比较电路的输出端相连，用于将所述第一电压信号转化为一TTL电平信号，以使外接微控制器根据所述TTL电平信号对码盘叶片进行计数。
2.根据权利要求1所述的码盘光电传感器检测电路，其特征在于，所述第一比较电路包括：第一电阻、第一电容、第二电阻、第三电阻以及第一运算放大器；
所述第一电阻的第一端接电压VCC1，所述第一电阻的第二端分别与所述第一电容的第一端以及外接光电传感器的输出端相连，所述第一电容的第二端通过所述第二电阻分别与所述第一运算放大器的反相输入端以及所述第三电阻的第一端相连，所述第一运算放大器的同相输入端接所述第一基准电压，所述第一运算放大器的输出端与所述第三电阻的第二端相连，且作为所述第一比较电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的码盘光电传感器检测电路，其特征在于，所述第二比较电路包括：第二运算放大器；
所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一比较电路的输出端相连，所述第二运算放大器的反相输入端接所述第二基准电压，所述第二运算放大器的输出端作为所述第二比较电路的输出端。
4.根据权利要求1所述的码盘光电传感器检测电路，其特征在于，所述第一基准电压大于所述第二基准电压。
5.根据权利要求2所述的码盘光电传感器检测电路，其特征在于，所述第三电阻的阻值远远大于所述第二电阻的阻值。
6.一种码盘检测系统，其特征在于，包括：光电传感器以及如权利要求1所述的码盘光电传感器检测电路。
7.根据权利要求6所述的码盘检测系统，其特征在于，所述第一比较电路包括：第一电阻、第一电容、第二电阻、第三电阻以及第一运算放大器；
所述第一电阻的第一端接电压VCC1，所述第一电阻的第二端分别与所述第一电容的第一端以及外接光电传感器的输出端相连，所述第一电容的第二端通过所述第二电阻分别与所述第一运算放大器的反相输入端以及所述第三电阻的第一端相连，所述第一运算放大器的同相输入端接所述第一基准电压，所述第一运算放大器的输出端与所述第三电阻的第二端相连，且作为所述第一比较电路的输出端。
8.根据权利要求6所述的码盘检测系统，其特征在于，所述第二比较电路包括：第二运算放大器；
所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一比较电路的输出端相连，所述第二运算放大器的反相输入端接所述第二基准电压，所述第二运算放大器的输出端作为所述第二比较电路的输出端。
9.根据权利要求6所述的码盘检测系统，其特征在于，所述第一基准电压大于所述第二基准电压。
10.根据权利要求7所述的码盘检测系统，其特征在于，所述第三电阻的阻值远远大于所述第二电阻的阻值。
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