CN106291739A - 一种对射式光电传感器及其防干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对射式光电传感器，包括发射器和接收器，发射器包括第一电源稳压模块、第一指示灯模块、发射驱动模块和MCU模块，接收器包括第二电源稳压模块、第二指示灯模块、接收模块、MCU模块、输出模块和过载/短路模块。发射器的发射驱动模块通过第一滤光片发射信号至接收器的接收模块的第二滤光片。一种对射式光电传感器防干扰方法，分别为对A和对B，对A和对B间是平行安装，对A的发射器与对B的发射器相对应，对A的接收器与对B的接收器相对应。

Description

一种对射式光电传感器及其防干扰方法

技术领域

本发明属于智能传感器技术领域，特别涉及一种对射式光电传感器及其防干扰方法。

背景技术

对射式光电开关，是一款红外线感应光电产品，发射器和接收器单独供电，以光为媒体，对发光体与受光体间的红外光进行接收与转换。是一款中远距离的光电产品。仓储物流行业中，检测人、货物、器械设备时，通常使用中远距离对射式光电传感器实现，有时安装方面要求两对传感器零距离安装不能相互干扰，传统的产品，会通过增加结构及工艺成本，来满足需求。

现有的产品有通过窄缝设计控制光路的发射角度，从而保证近距离安装不至于产生误动作，但是如果安装不到位或者由于恶劣的工作环境导致光路偏移的话，还是极有风险产生误动作的。如果产品采用窄缝设计，结构和工艺方面需要多设计一道工序，由于窄缝设计，光路变窄，安装调试比较麻烦，以及检测距离会明显下降，产品成本有所提高。

如果现有传感器通过使用偏振滤光器进行抑制的，这可以满足两对产品零距离安装，需要另加偏振器，增加了产品成本，而且通用性不是很好，只要不同的外形结构就需要另加不同的偏振器。而且检测距离明显下降后，只能满足两对产品零距离安装，不能满足多对产品的零距离的安装使用。只能通过电位器调节，不够智能，用户的体验效果不是很好。

发明内容

本发明的目的是提供一种对射式光电传感器及其防干扰方法，以实现多对对射式光电传感器间零距离防串扰安装的要求。

本发明的技术方案是，一种对射式光电传感器，包括发射器和接收器，

发射器包括第一电源稳压模块、第一指示灯模块、发射驱动模块和MCU模块，

接收器包括第二电源稳压模块、第二指示灯模块、接收模块、MCU模块、输出模块和过载/短路模块。

发射器的发射驱动模块通过第一滤光片发射信号至接收器的接收模块的第二滤光片。

所述的对射式光电传感器，分别为对A和对B，对A和对B间是平行安装，对A的发射器与对B的发射器相对应，对A的接收器与对B的接收器相对应，Y表示对A与对B间的安装距离，X表示发射器与接收器间设置距离，

发射器和接收器具有各自的指示灯L1和指示灯L2，

对A的发射频率是频率A，对B的发射频率是频率B，

发射器的指示灯L2灭，表示发射频率是频率A，

发射器的指示灯L2亮，表示发射频率是频率B。

接收器的频率检测过程是，通过不同频率来识别，根据不同频率的产品的脉冲间隔不同来进行检测：

在有物体挡住的情况下，那么在一段时间内(保证相应时间)，检测有没有相对应的频率，达到一定的个数，认为检测到发射器发来的信号，切换到有信号的状态下。

在有信号的状态下，只需要基于上一个信号点进行频率查询，如果查询不到的话，那么立即切换到有物体挡住的情况下，再进行检测。

对距离X的设置方法是：

S401，将接收模块的运放放大倍数调到最小，抬高基准电压,设置脉冲频率；

S402，延时若干个系统时基，

S403，如果能找到设置的频率，则降低基准电压，保存参数后退出设置；

S404，如果不能找到设置的频率，增加接收模块的运放放大倍数直至最大值，转步骤S402，

S405，如果仍然无法找到设置的频率，则报错，退出设置过程。

当有物体位于发射器和接收器之间时，对射式光电传感器的常开则闭合，常闭则断开，指示灯L2亮，

当无物体位于发射器和接收器之间时，对射式光电传感器的常开则断开，常闭则闭合，指示灯L2灭。

通过非接触金属按键或远程控制线进行设置操作。

本发明可实现零距离安装防相互干扰的对射式光电开关，通过非接触金属按键或远程控制线选频操作的实现方案，可以实现多对产品零距离安装防相互干扰的功能，通过软件算法，抗干扰能力更强，并且不需要增加结构的限制，距离没有任何的衰减，同时降低了生产成本，使产品更具市场竞争力。

采用ARM方案实现，使用内部高精度、高速振荡器，使得运算精度更准和运算速度更快，同时该芯片还是低功耗芯片，使得产品的整体功耗下降，内部通过硬件比较器进行信号强度判断，其采集信号时间可控，集成度高，通过软件的遍历查询算法使得抗干扰能力强以及满足多对产品零距离安装的设计要求。

通过非接触金属按键或远程控制线进行操作，不需要通过调节电位器来调节距离和常开常闭设置，通过自动增益调节功能进行距离设置，使信号设置在合适的强度，抗干扰能力更强，在进行设置时会有相应的指示灯提示，使得产品更加智能化，用户体验更方便。

附图说明

图1是本发明智能对射式光电传感器的整体实现方案示意图。

图2是本发明零距离安装防串扰的安装示意图。

图3是本发明实施例中比较器结构图。

图4本发明实施例涉及的选频算法流程图。

图5是本发明的对射式传感器发射器到接收器间距离设置流程图。

图6是本发明的对射式传感器的输出和指示灯控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，左边为发射器，包括电源稳压模块、指示灯模块、发射驱动模块、MCU模块，右边为接收器，包括电源稳压模块、指示灯模块、接收模块、MCU模块、输出模块、过载/短路模块。

本方案在满足距离不衰减的前提下，可以实现多对产品零距离安装防止相互干扰的功能。设黄灯为L2，绿灯为L1，如图2所示，发射器黄灯灭表示A频率，黄灯亮表示B频率，当目标物挡住A频率的光路时，对应的接收输出动作，并且黄灯亮，而不会因为B频率的光线也传输过来影响其输出动作，Y表示安装距离，X表示设置距离。

在传感器安装完成及光路对准后，需要通过非接触金属按键或远程控制线进行设置，将相连的传感器设置成不同的频率，并且观察指示灯的指示情况，来判断设置是否成功，如果指示灯同步以8HZ的频率闪烁的话，说明设置失败，可能是因为光路没有对准或安装距离太远，需要调整后再进行设置。

在发射器电路中，上电后实时检测输入端是高低电平来决定发射的频率，以及通过相应的指示灯提示，发射固定脉宽周期不同的频率，调制信号通过发射管转变为调制光信号发射出去，发射脉宽为3us。

采用ARM内部高精度晶振实现发射脉冲，使用MKL03Z8VFG4芯片，其内部48M高精度振荡器，使得发射周期稳定可靠，几乎不受温度的影响。

在接收器电路中，通过接收管接收到发射器发出的调制脉冲红外光，再经过运放放大，再通过单片机内部比较器对信号强度判断后，再由软件进行选频、滤波等数据处理，判断检测到的情况，如果检测到物体，点亮输出黄色指示灯并完成输出切换。特点是：

第一、采用ARM内部高精度晶振实现运算和处理，使用MKL02Z16VFG4芯片，其内部48M高精度振荡器，使得运算处理的精度更高、时间更快，几乎不受温度的影响。

第二、通过数字电位器MCP4018进行自动增益调节，使得用户在安装完成后在满足距离要求的情况下，距离可以从1米到30米任意距离进行设置，保证信号强度在合适的范围内，这样可以保证零距离安装时避免相互干扰。

第三、输出电路是推挽输出，负载上拉到电源为NPN输出，负载下拉到地为PNP输出，可以满足两种模式，为用户提供更大的方便，还有短路保护电路，如果负载过载或短路的话，被MCU检测到，及时断开输出，并通过指示灯提示，保证元器件不损坏，如果过载或短路解除的话，还可以恢复正常工作。

第四、通过引脚5进行非接触金属按键的检测，进行频率选择、距离设置、常开常闭设置、加解锁设置，非接触金属按键的输入端通过RC滤波处理，滤除干扰信号，及通过软件滤波处理，使得按键的操作更稳定，不会受到EMC的干扰，非接触金属按键模块部分，也通过NTC热敏电阻进行温度补偿，保证高低温检测距离不变，第四点的功能还可以通过远程控制线进行操作，通过引脚8进行检测，输入端也加了RC滤波、TVS管、正向二极管，滤除干扰信号，使产品性能更稳定。

如图3所示，发射器和接收器分离，通过光同步，经过运放放大，进入接收器的MCU内部，通过比较器检测信号强度，经过选频算法判断，输出结果，指示灯动作。比较器正端的信号强度的电压值大于比较器负端设置的1.2V电压值，触发比较器中断，在中断中采集实时计数的计数器，用于选频算法处理时使用。

选频算法，通过采集信号间的时间差值来判断接收到的信号是否符合该接收器设置的信号频率，通过实时遍历查询法来进行判断和输出结果，如图4所示，为选频算法的流程图。通过不同频率来识别，根据不同频率的产品的脉冲间隔不同来进行检测：

在有物体挡住的情况下，那么在一段时间内(保证相应时间)，检测有没有相对应的频率，达到一定的个数，认为检测到发射器发来的信号，切换到有信号的状态下。

在有信号的状态下，只需要基于上一个信号点进行频率查询，如果查询不到的话，那么立即切换到有物体挡住的情况下，再进行检测。

在传感器安装完成后，需要选频并进行距离设置，如图5所示。

输出控制和指示灯指示，有物体感应时，常开则闭合，常闭则断开，黄色指示灯亮，无物体感应时，常开则断开，常闭则闭合，黄色指示灯灭，如图6所示。

本发明的智能对射式光电传感器，通过非接触金属按键或远程控制线操作，可以设置不同的频率，达到多对产品零距离安装防止相互干扰的功能，同时距离上没有任何的衰减，以及可以通过自动增益调节将信号设置在合适强度，保证距离的同时，抗干扰性能更优，该方案完全通过软件算法达到零距离安装防止相互干扰，生产成本降低。

智能对射式光电传感器，通过非接触金属按键或远程控制线进行操作，相对于传统产品，通过电位器进行调节，智能对射式光电传感器的用户体验效果更好。

表1：传统对射式光电传感器与本方案智能对射式光电传感器的区别

Claims (5)

1.一种对射式光电传感器，其特征在于，包括发射器和接收器，

发射器包括第一电源稳压模块、第一指示灯模块、发射驱动模块和MCU模块，

接收器包括第二电源稳压模块、第二指示灯模块、接收模块、MCU模块、输出模块和过载/短路模块。

发射器的发射驱动模块通过第一滤光片发射信号至接收器的接收模块的第二滤光片。

2.一种对射式光电传感器防干扰方法，其特征在于，采用至少2对如权利要求1所述的对射式光电传感器，分别为对A和对B，对A和对B间是平行安装，对A的发射器与对B的发射器相对应，对A的接收器与对B的接收器相对应，

Y表示对A与对B间的安装距离，X表示发射器与接收器间设置距离，

发射器和接收器具有各自的指示灯L1和指示灯L2，

对A的发射频率是频率A，对B的发射频率是频率B，

发射器的指示灯L2灭，表示发射频率是频率A，

发射器的指示灯L2亮，表示发射频率是频率B。

3.如权利要求2所述的对射式光电传感器防干扰方法，其特征在于，对距离X的设置方法是：

S401，将接收模块的运放放大倍数调到最小，抬高基准电压,设置脉冲频率；

S402，延时若干个系统时基，

S403，如果能找到设置的频率，则降低基准电压，保存参数后退出设置；

S404，如果不能找到设置的频率，增加接收模块的运放放大倍数直至最大值，转步骤S402，

S405，如果仍然无法找到设置的频率，则报错，退出设置过程。

4.如权利要求2所述的对射式光电传感器防干扰方法，其特征在于，

当有物体位于发射器和接收器之间时，对射式光电传感器的常开则闭合，常闭则断开，指示灯L2亮，

当无物体位于发射器和接收器之间时，对射式光电传感器的常开则断开，常闭则闭合，指示灯L2灭。

5.如权利要求4所述的对射式光电传感器，其特征在于，通过非接触金属按键或远程控制线进行设置操作。