CN111552005A - 对称式收发一体红外对射传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种对称式收发一体红外对射传感器，组成对射传感器的两部分完全相同，收发一体，成对使用而无需配对；对射传感器的两部分不需要连线，能独立输出对射检测信号。该对射传感器包括装有汇聚透镜的红外接收部件和发射部件，以及产生红外脉冲的驱动电路和处理接收红外信号的解码电路，具备遮挡检测输出和指示接收信号质量的指示灯。该对射传感器交替收发不连续脉冲序列编码的红外信号，可以兼顾对射检测距离和检测响应速度，同时降低发射功耗。使用时只需将两部分安装在被监测通道两侧，通过观察信号质量指示灯调节对准方位，就能在两边同时输出遮挡检测信号，安装调试简便，应用更为灵活。

Description

对称式收发一体红外对射传感器

技术领域

本发明涉及一种红外对射传感器，尤其是一种两部分完全相同的收发一体、双边输出的红外遮挡检测传感器。

背景技术

红外对射传感器包括发射机和接收机，通常将红外发射机和红外接收机分别固定在被监测的马路、过道、出入口等通道两边，穿过检测通道的红外光束被通过的行人、车辆阻挡时，接收部件检测到红外信号的中断，并输出代表遮挡发生的信号。现有的红外对射传感器需要区分发射端和接收端，或者是区分主端和从端，并且只有其中一端能输出遮挡检测信号。这样的红外对射传感器在生产时存在物料差异或工艺差异，在一些双侧都需要遮挡检测信号的应用当中，还要增加额外的布线或通讯开销。

为解决双边输出的需求，可以在检测通道两侧都安装红外收发部件，或者安装两套独立的对射传感器，红外光束双向对射。这种解决办法除了增加成本外，还带来两个问题，1：双边的接收部件不仅能接收到对侧红外信号，还会接收到同侧发射机的直射或反射信号，不利于正确判别遮挡的发生和准确计算遮挡时间；2：双边的发射机都会消耗较大的电流，不易满足户外采用电池供电的应用场景对于红外对射传感器的低功耗要求。红外对射发射机产生的红外信号有连续和脉冲两种类型，脉冲信号可以提高接收机的抗干扰能力；红外发射机在发射红外信号时有较大的电流消耗，用低频率和小占空比的脉冲信号驱动发射元件，能显著降低红外发射器的平均电流。实践证明，采用双向收发和脉冲调制的红外对射方式还能有效避免环境光干扰。

发明内容

本发明公开一种对称式收发一体红外对射传感器，由完全相同的两部分组成。其中，信号发生器产生不连续脉冲编码序列，经电流放大后驱动红外发射元件，发出的红外光束通过透镜汇聚；接收透镜汇聚的红外光信号进入接收元件变成电信号，经过处理电路放大解码后输出遮挡检测信号，同时还有指示接收信号质量的声光输出。

本发明的有益效果是，组成对射传感器的两部分完全相同，两部分之间相互独立，不用连线，也无需配对，便于生产和安装调试；能同时在检测通道两侧提供检测输出和信号质量指示，而无需额外的信道成本开销，在使用上更为灵活；红外对射传感器采用不连续脉冲序列，在保证有效距离和抗干扰能力的同时降低了功率消耗。

在本发明的一个实例中，对红外信号的周期和脉冲数量做了约定和限制，每隔一定时间发射一定数量的一组脉冲，脉冲数量和时间间隔作为区分干扰信号和有效信号的特征。如图2所示的实例中，收发周期为T2，其中发射周期A侧发射的脉冲数量N＝8，脉冲周期为T1，T3是B侧接收模块的接收窗口时间。当B侧在正确的窗口时间内接收到一组8个脉冲，就是完全无遮挡的一次接收；接下来A侧传感器进入接收周期，B侧发射一组周期为T1的8个脉冲，持续时间小于T3，如果A侧也正确接收，就完成一次无遮挡的双向对射检测。A、B两部分交替进行收发，循环往复。这样1可以减少发射电流持续时间，降低发射功耗；2可以避免A侧红外接收元件受到A侧发射信号的直射或反射干扰；3当两侧收发时序未能同步时，根据接收脉冲数量和收发周期时间T2调整接收窗口T3的起始时间，从而保持双侧收发始终协调同步；4接收解码电路统计一定时间内接收到的有效脉冲数量，转换成声光信号来指示接收质量，在安装调试阶段用于调整两侧红外光束的对准；5连续丢失的脉冲数量加上收发间隔，可以准确测算遮挡时间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的一种实例结构；

图3为本发明的一种实例收发时序图；

图中，①.红外发射驱动电路和红外发射元件 ②.信号处理和输出电路 ③.红外接收电路和接收元件 ④.红外发射汇聚透镜 ⑤.接收信号指示灯 ⑥.接收汇聚透镜 ⑦.调节左右方向的弹簧螺杆 ⑧.水平方向转动轴 ⑨.安装支架 ⑩.外框支架

俯仰轴

俯仰固定轴；A1表示发射周期A侧发射红外信号到B侧，B1表示接收周期A侧接收B侧发射的红外信号。

具体实施方式

实例：对射传感器的收发汇聚透镜⑥、④位于同一平面，主光轴平行，红外发射元件和接收元件位于透镜的焦点位置，A侧对射传感器与B侧对射传感器相对安装，绕转轴⑧旋转角度，调整上下左右方向倾角，使得A侧发射透镜和B侧接收透镜的主光轴尽量接近，A侧接收透镜与B侧发射透镜的主光轴尽量靠近。任何一侧上电后，先进入接收周期，3秒内未收到脉冲开始发射周期，每隔T1时间发射一个脉冲，8个脉冲为一组。接收周期从收到脉冲开始计时，如果在T3时间内收到8个周期为T1的脉冲，就发射8个周期为T1的脉冲，此时另外一侧处于接收状态，如果没有遮挡发生，这一组8个脉冲被完整接收，然后又开始新一轮发射。当A、B两侧收发时序未能同步时，信号处理电路根据接收脉冲数量N和发射间隔时间T2调整接收窗口T3的起止时间，从而保持双侧收发始终协调同步。

图3所示实例T1周期约30uS，整个收发周期T2约6mS，接收窗口时间T3为350uS，脉冲宽度约10uS。脉冲信号经驱动电路为红外发射元件提供电流，高电平时打开，发射红外光，低电平时驱动电路关闭，不发射红外光。由此可见，在6mS收发周期内红外信号的发射时间总共只有80uS，消耗的电流在整个周期平均下来就很小了。A、B两侧交替收发，以连续丢失一组8个脉冲作为遮挡检测条件，无论遮挡何时开始，只要连续遮挡时间超过10mS，两侧都能检测识别，完全能够满足对车辆、行人的检测响应速度要求。

相距较远的对射传感器，需要汇聚发射光束以增加有效距离，光束角通常较小，因此需要仔细调整接收器的轴向，并将接收到的有效信号能量密度转换成声光信号，用于指示对准程度。在这个实例中，得益于双侧交替收发，接收电路放大解码出的有效脉冲数量，转换为指示灯⑤的闪烁频率，在两侧先后根据指示灯状态来调整对射传感器的对准方位，就能实现双侧互相对准。信号处理和输出电路②输出的脉冲宽度跟遮挡时间基本一致，将2对对射传感器沿被监测通道相隔一定距离安装，检测输出的脉冲前后沿可用于计算遮挡物的长度以及运动速度、运动方向等特征。

本发明实施实例中涉及的信号处理、解码电路模块或单元，可以通过通用集成电路，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，或通过ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)来实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种对称式红外对射传感器，由完全相同的两部分组成，可随意互换而无需配对，能各自输出反映遮挡状态的脉冲或模拟信号。每部分都包含：①.红外发射驱动电路和红外发射元件 ②.信号处理和输出电路 ③.红外接收电路和接收元件 ④.发射光束汇聚透镜⑤.接收信号指示灯 ⑥.接收光束汇聚透镜。

2.根据权利要求1所述的对称式红外对射传感器，其特征在于，对射传感器的接收光束汇聚透镜⑥和发射光束汇聚透镜④位于同一平面，主光轴平行，红外发射元件和接收元件位于透镜的焦点位置；组成对射传感器两部分的结构主体在安装完后呈旋转对称形态。

3.根据权利要求1或2所述的对称式红外对射传感器，其特征在于，红外发射电路产生不连续脉冲串来驱动红外发射元件，红外发射驱动电路和红外发射元件①与红外接收电路和接收元件③交替工作，对射传感器的两部分轮流发射和接收，接收信号指示灯⑤的亮度或闪烁频率用于指示接收信号质量。

4.根据权利要求1和3所述的对称式红外对射传感器，其特征在于，发射的红外信号设定为不连续脉冲串，周期小于T1的脉冲信号和处于接收窗口T3以外的脉冲信号被识别为干扰信号，从接收脉冲序列中剔除；收发周期T2≤10mS，发射时间(N×T1)＜T2/2，每次发射的脉冲数量N≤20。

5.根据权利要求1所述的对称式红外对射传感器，其特征在于，红外发射驱动电路和红外发射元件①、信号处理和输出电路②、红外接收电路和接收元件③、接收信号指示灯⑤安装在一块电路板上，组成对射传感器的两部分使用完全相同的目标代码和物料。

6.根据权利要求2所述的对称式红外对射传感器，其特征在于，对射传感器结构主体具有调节透镜主轴水平方向的弹簧螺杆⑦和水平方向转轴⑧，并可使用安装支架⑨配合外框⑩绕俯仰轴

和俯仰固定轴

调节光轴垂直方向的倾角。

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