CN103809211B - 一种红外反射传感模块及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外反射传感模块，包括载波电路、红外波发射电路和红外波接收电路；其中，所述载波电路包括若干门电路和与所述门电路之间连接的晶振、电容以及电阻，且若干门电路之间相互串联连接；所述红外波发射电路包括一红外发射管，所述红外发射管通过所述门电路与一插座连接；所述红外波接收电路包括一红外接收管，所述红外接收管分别与所述红外发射管和所述插座连接，且所述插座与所述红外接收管之间连接一发光二极管。通过该载波电路产生载波信号并驱动该红外波发射电路发送红外波，该红外波遇到障碍物后反射由该红外波接收电路接收并指示该红外波遇到障碍物。该红外反射传感模块结构简单，成本较低，且维护方便。

Description

一种红外反射传感模块及其工作方法

技术领域

本发明涉及采用红外线的传感器装置，尤其涉及一种能够产生载波将红外波调制并发射，经过检测物体的反射波来感测物体的红外反射传感模块及其工作方法。

背景技术

目前，公知的红外反射式传感器是由红外波发射电路、接收电路和稳压电路模块组成。传感器通过红外反射二极管发射的红外线经过接近物体反射到达内置的红外线光电二极管被接收，然后经过信号的放大并进行信号处理，最后通过与一个设定的探测门限值比较输出一个相应逻辑电平，利用这种电平信号的输出作为其他工作的驱动或者是做MCU的终端输入，进而实现近距离探测功能。

现有的一些红外传感器电路的载波产生方式主要有以下几种：单片机或数字电路产生一定周期的载波信号调对红外波信号调制；555电路通过电容电阻定时产生一定周期的载波等等。由于这些载波发生方式或多或少存在着波形周期不稳定、成本高、结构负载、可维护性差等问题。

因此，有必要提出一种结构简单、成本较低，且维护方便，能够作为工业检测传感器等使用的红外反射传感模块。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种结构简单且成本较低的可作为工业检测传感器、非接触式开关、避障传感器等使用，且维护比较方便的红外反射传感模块。

为了实现上述目的，本发明提供了一种红外反射传感模块，该红外反射传感模块包括载波电路、红外波发射电路和红外波接收电路；所述载波电路包括若干门电路和与所述门电路之间连接的晶振、电容以及电阻，且若干门电路之间相互串联连接；所述红外波发射电路包括一红外发射管，所述红外发射管通过所述门电路与一插座连接；所述红外波接收电路包括一红外接收管，所述红外接收管分别与所述红外发射管和所述插座连接，且所述插座与所述红外接收管之间连接一发光二极管。

较佳地，所述门电路为CMOS与非门集成电路，所述晶振为38KHz固定频率晶振，用于产生低频载波信号，且所述插座为2.54间距4位的插座。

较佳地，所述门电路至少包括第一门电路、第二门电路、第三门电路和第四门电路，所述第一门电路与一第一电阻并联并连接至所述第二门电路，且所述第一门电路和所述第二门电路与所述晶振和电容并联并连接至所述第三门电路。

较佳地，所述第四门电路与所述红外发射管之间连接一第二电阻，且所述红外发射管通过一可调电阻连接至一电源；该第二电阻为一限流电阻，用于防止电流过大时烧坏该红外发射管，该可调电阻为该发射电流调节电阻，用于调节该红外发射管发射电流的大小以及改变红外波的发送距离。

较佳地，所述红外发射管与所述可调电阻还通过一限流电阻连接至所述红外接收管，通过该限流电阻防止输入电压太大烧坏该红外接收管。

较佳地，所述红外接收管分别串联连接所述发光二极管和一第三电阻与所述插座连接，该发光二极管与第三电阻组成指示电路，用于指示该红外波是否遇到障碍物。

本发明还提供一种红外反射传感模块的工作方法，包括如下步骤：

S1：通过所述载波电路产生一载波信号，并将该载波信号发送至所述红外波发射电路；

S2：所述红外波发射电路接收所述载波信号，并通过所述红外波发射电路发送红外波；

S3：所述红外波遇到障碍物后反射回来，通过所述红外波接收电路接收反射回来的红外波，并通过所述发光二极管发光指示该红外波遇到障碍物。

较佳地，所述步骤S1进一步包括：所述第一门电路、所述第二门电路、所述晶振、所述电容和所述第一电阻组成低频振荡器，并产生所述载波信号，所述载波信号通过所述第三门电路产生一反向的载波信号，并将该反向的载波信号发送至所述第四门电路。

较佳地，一红外波使能控制信号通过所述插座发送至所述第四门电路，所述第四门电路根据所述红外波使能控制信号和所述载波信号产生一驱动信号发送至所述红外发射管，所述红外发射管根据所述驱动信号发射红外波。

较佳地，所述红外波遇到障碍物后反射回来，所述红外接收管接收反射回来的红外波，并通过所述红外接收管对所述红外波放大、解调后输出一低电平信号，所述发光二极管接收所述低电平信号并发光，用于指示该红外波遇到障碍物。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明的红外反射传感模块通过载波电路、红外波发射电路和红外波接收电路组成，从而通过该载波电路产生驱动该红外波发射电路发射红外波的载波信号，并由该红外波接收电路接收遇到障碍物后反射回来的红外波，进而输出一低电平信号使发光二极管发光用于指示红外波遇到障碍物；该红外反射传感模块结构简单，使其成本较低，且在维护过程中比较简单。

2、本发明的红外反射传感模块结构简单，该红外反射传感模块设置多个限流电阻，用于保护该红外发射管、红外接收管和发光二极管，且该红外接收管能够发送一低电平信号用于驱动该发光二极管发光报警；且该红外反射传感模块可以广泛应用于工业检测传感器、非接触式开关以及避障传感器等使用，其应用范围较广，而且通过采用38KHz固定频率晶振，使产生的载波信号频率更加稳定，从而增强该红外反射传感模块的稳定性。

附图说明

图1为本发明红外反射传感模块的结构示意图；

图2为本发明具体实施的红外反射传感模块电路结构示意图。

具体实施方式：

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细的描述本发明。然而，本发明可以以不同形式、规格等实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使更多的有关本技术领域的人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚可见，可能放大或缩小了相对尺寸。

请参考图1至图2，如图1所示，本发明提供的一种红外反射传感模块，该红外反射传感模块包括载波电路、红外波发射电路和红外波接收电路；该载波电路包括若干门电路和与门电路相互之间连接的晶振、电容以及电阻，且若干门电路之间相互串联连接；该红外波发射电路包括一红外发射管，该红外发射管通过其中一个门电路连接一插座；该红外波接收电路包括一红外接收管，该红外接收管分别与该红外发射管和该插座连接，且该插座与该红外接收管之间连接一发光二极管。该晶振、电容、电阻与门电路组成低频振荡器并产生一载波信号，并经过门电路调制后将载波信号发送到红外发射管，通过该载波信号驱动该红外发射管产生并发送红外波，当该红外波在一定距离内遇到障碍物时发生反射，且该红外接收管接收反射回来的红外波并对该红外波放大、解调，输出脉冲信号至该插座，通过该脉冲信号控制该发光二极管发光用以提示红外波遇到障碍；同时，该脉冲信号还通过该插座输出到其他外围系统作为其他外围系统的输入信号。

其中，如图1所示，该门电路至少包括四个，分别为第一门电路U1、第二门电路U2、第三门电路U3和第四门电路U4，该四个门电路之间相互串联连接，该第一门电路U1与一第一电阻R1并联后再与该第二门电路U2连接，该第一门电路U1和第二门电路U2与该晶振Y1和电容C1并联后再与该第三门电路U3连接，该第四门电路U4通过与一第二电阻R2串联后再与该红外发射管D1连接。

而且，该红外发射管D1串联一可调电阻RP1，通过该可调电阻RP1与电源VCC连接，且该红外发射管D1和该可调电阻RP1还串联连接一限流电阻R7，通过该限流电阻R7与该红外接收管D2连接，通过该红外接收管D2接收该红外发射管D1发送并反射回来的红外波；而且该插座J1与红外接收管D2之间还串联连接该发光二极管D3和一第三电阻R3。

通过上述连接，该红外反射传感模块的具体工作方法，包括如下步骤：

S1：通过该载波电路产生一载波信号，并将该载波信号发送至红外波发射电路；

其中，该第一门电路U1、第二门电路U2、晶振Y1、电容C1和第一电阻R1组成低频振荡器，并产生一载波信号，该载波信号通过第三门电路U3产生一反向的载波信号，并将该反向的载波信号发送至第四门电路U4；

S2：该红外波发射电路接收该载波信号，并通过该红外波发射电路发送红外波；

其中，通过该插座J1发送一红外波使能控制信号发送至第四门电路U4，该第四门电路U4根据红外波使能控制信号和载波信号产生一驱动信号发送至红外发射管D1，该红外发射管D1根据该驱动信号发射红外波；

具体的，如图所示，该插座J1的3号端口接高电平时，则该红外发射管正常发射红外波，整个红外反射传感模块电路正常工作；否则该插座J1的3号端口接低电平时，该红外发射管不发射红外波，整个红外反射传感模块电路停止工作；因此插座J1的3号端口可以控制整个电路的工作或停止，该信号即为红外波使能控制信号，该红外波使能控制信号由外接输入到3号端口，该红外波使能控制信号可以是高电平或低电平，也可以是脉冲波；另外，如图2所示，图中第一门电路U1、第二门电路U2、第三门电路U3和第四门电路U4均为相同的双输入与非门，其可集成在一个集成块中。

S3：该红外波遇到障碍物后反射回来，通过该红外波接收电路接收反射回来的红外波，并通过该发光二极管发光指示该红外波遇到障碍物；

其中，该红外波遇到障碍物后反射回来，该红外接收管D2接收反射回来的红外波，并通过该红外接收管D2对该红外波放大、解调后并输出一低电平信号，该发光二极管D3接收该低电平信号并发光，用于指示该红外波遇到障碍物。

在具体实施过程中，如图2所示，该红外发射传感模块分别包括载波电路、红外波发射电路和红外波接收电路，其中，该载波电路包括四个门电路和晶振Y1、电容C1以及电阻R1，在具体实施例中，该门电路为CMOS与非门集成电路，该晶振Y1为一38KHz的固定频率晶振，如图所示，该第一门电路U1的1、2号端口连接在一起后接第一电阻R1后连接到第一门电路U1的3号端口；该第一门电路U1的3号端口与第二门电路U2的4、5号端口连接，且该第一门电路U1的1、2号端口与晶振Y1和电容C1的串联电路连接并连接到第二门电路U2的6号端口；该第三门电路U3的7、8号端口连接在一起后连接该第二门电路U2的6号端口；该第三门电路U3的9号端口连接该第四门电路U4的11号端口，而该第四门电路U4的12号端口与该红外波发射电路的插座J1的3号端口连接，且该第四门电路U4的10号端口串联连接一第二电阻R2后与红外发射管D1连接。

通过该上述多个门电路和晶振Y1、电容C1、电阻R1等元器件组成该载波电路，其具体工作过程为：该第一门电路U1、第二门电路U2组成两个反向门电路，他们和晶振Y1、电容C1和第一电阻R1组成低频振荡器，在该第二门电路U2的6号端口产生38KHz的载波信号，该载波信号经过第三门电路U3的7、8号端口后在9后端口产生一个反向的载波信号，该反向的载波信号输入至该第四门电路U4的11号端口。

在具体实施过程中，如图2所示，该红外波发射电路包括红外发射管D1和插座J1，该红外发射管D1和插座J1与载波电路和红外波接收电路的具体连接关系如下：该红外发射管D1的负极串联该第二电阻R2后与第四门电路U4的10号端口连接，而该红外发射管D1的正极串联一可调电阻RP1后连接至一电源VCC；该插座J1包括四个端口，其中1号端口连接一电源VCC，1号端口还通过连接一电容C2并接地，2号端口直接接地，3号端口连接该第四门电路U4的12号端口，该插座J1的4号端口还与一红外接收管D2的1号端口连接，且该插座J1和红外接收管D2之间分别连接有相互串联的发光二极管D3和第三电阻R3。

通过上述各个装置的相互连接形成该红外波发射电路，而该红外波发射电路的具体工作原理如下：要发送的红外波使能控制信号通过该插座J1的3号端口输入至第四门电路U4的12号端口，载波电路产生的载波信号从第四门电路U4的11号端口输入，该载波信号与该红外波使能控制信号通过该第四门电路U4的CMOS与非门之后在该第四门电路U4的输出端10号端口产生经过调制过后的波形信号，该波形信号驱动该红外发射管D1将红外波发射出去，其中该第二电阻R2为限流电阻，防止驱动该红外发射管D1的电流过大而烧坏该红外发射管D1，该可调电阻RP1为发射电流调节电阻，通过该可调电阻RP1调节该红外发射管D1发射电流(即红外波)的大小并改变红外调制波的发送距离。

而且，在具体实施过程中，如图2所示，该红外波接收电路用于接收该红外发射管D1发射出去后反射回来的红外波，具体的，该红外波接收电路包括一红外接收管D2，该红外接收管D2为一体化接收红外波并能够对该红外波进行放大和解调；其中，该红外接收管D2的1号端口不仅与该插座J1的4号端口连接，还通过串联一电阻R5后连接到电源VCC；该红外接收管D2的1号端口与该插座J1的三号端口通过该第三电阻R3和发光二极管D3连接；该红外接收管D2的2号端口直接接地，该红外接收管D2的3号端口还可以串联一电容C3后接地。

在具体实施过程中，通过该红外接收管D2与发光二极管D3、插座J1等连接形成红外波接收工作，其具体的工作过程为：经过该红外发射管D1发射出去的红外调制波在一定范围内遇到障碍物后反射回来并由该红外接收管D2接收，并通过该红外接收管D2对该红外调制波进行放大、解调后在红外接收管D2的1号端口输出一信号，且输出为低电平信号时为有效信号。其中，该红外接收管D2的3号端口为电源输入口，该电阻R7为限流电阻，用于防止输入电压太大烧坏该红外接收管D2；该发光二极管D3和第三电阻R3组成一指示电路，当该红外接收管D2的1号端口输出低电平时该发光二极管D3发光，从而指示该红外发射管D1发射的红外波遇到障碍物返回。在具体实施过程中，该电阻R5为一上拉电阻，用于保证在红外接收管D2没有输出信号时始终为高电平。

该红外反射传感模块结构简单，成本较低，且其维护方便，能够作为工业检测传感器、非接触式开关、避障传感器等使用，通过该红外发射管在载波信号以及调制信号的驱动下发出调制红外波，该红外波在传输过程中如果在没有遇到障碍物的时候，即没有反射回来的调制红外波，则该红外接收管将输出为高电平，且该发光二极管不会发光；当该红外波在传输过程中遇到障碍物时，该调制红外波反射回来并由该红外接收管接收，经过放大、解调，该红外接收管输出一低电平，从而控制该发光二极管发光表示该红外波遇到障碍物。通过该红外反射传感模块能够快速感应红外信号并根据发光二极管确认是否遇到障碍物，使其结构简单、维护性较高。

此外，我们还应该认识到，本发明提出的红外反射传感模块并不以本实施例为限，该红外反射传感模块电路中的门电路并不限于本实施例提出的CMOS与非门，也可以为TTL与非门或其他的门电路，从而与该电容、晶振等构成载波电路并产生载波信号驱动该红外发射管；该晶振的频率并不以此为限，可以根据需要的红外波信号的频率进行改变，从而有效驱动该红外发射管发送红外波，提高该红外反射传感模块的性能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动在内。

Claims (5)

1.一种红外反射传感模块，其特征在于，包括载波电路、红外波发射电路和红外波接收电路；

所述载波电路包括若干门电路和与所述门电路之间连接的晶振、电容以及电阻，且若干门电路之间相互串联连接，所述门电路至少包括第一门电路、第二门电路、第三门电路和第四门电路，所述第一门电路与一第一电阻并联并连接至所述第二门电路；所述第一门电路和所述第二门电路与所述晶振和电容并联并连接至所述第三门电路；

所述红外波发射电路包括一红外发射管，所述红外发射管通过所述门电路与一插座连接；

所述红外波接收电路包括一红外接收管，所述红外接收管分别与所述红外发射管和所述插座连接，且所述插座与所述红外接收管之间连接一发光二极管；

所述红外反射传感模块进行工作时，包括如下步骤：

S1：通过所述载波电路产生一载波信号，并将该载波信号发送至所述红外波发射电路；

其中，第一门电路、第二门电路、晶振、电容和第一电阻组成低频振荡器，并产生所述载波信号，所述载波信号通过第三门电路产生一反向的载波信号，并将该反向的载波信号发送至第四门电路；

S2：所述红外波发射电路接收所述载波信号，并通过所述红外波发射电路发送红外波；

其中，一红外波使能控制信号通过插座发送至第四门电路，第四门电路根据红外波使能控制信号和载波信号产生一驱动信号发送至红外发射管，红外发射管根据驱动信号发射红外波；

S3：所述红外波遇到障碍物后反射回来，通过所述红外波接收电路接收反射回来的红外波，并通过所述发光二极管发光指示该红外波遇到障碍物；

其中，红外波遇到障碍物后反射回来，红外接收管接收反射回来的红外波，并通过红外接收管对红外波放大、解调后输出一低电平信号，发光二极管接收低电平信号并发光，用于指示该红外波遇到障碍物。

2.根据权利要求1所述的红外反射传感模块，其特征在于，所述门电路为CMOS与非门集成电路，所述晶振为38KHz固定频率晶振，且所述插座为2.54间距4位的插座。

3.根据权利要求1所述的红外反射传感模块，其特征在于，所述第四门电路与所述红外发射管之间连接一第二电阻，且所述红外发射管通过一可调电阻连接至一电源。

4.根据权利要求3所述的红外反射传感模块，其特征在于，所述红外发射管与所述可调电阻还通过一限流电阻连接至所述红外接收管。

5.根据权利要求1所述的红外反射传感模块，其特征在于，所述红外接收管分别串联连接所述发光二极管和一第三电阻与所述插座连接。