CN113497616A - 一种红外感应控制电路、出液装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种红外感应控制电路、出液装置，包括：一种，其特征在于，该电路包括：红外发射电路，包括第一电阻、第二电阻、第一三极管和红外发射管；红外检测电路，包括第三电阻、第四电阻、第二三极管和红外接收管；中央处理器，与所述第一电阻和所述第二三极管的集电极连接；其中，所述中央处理器向所述红外发射电路输入控制信号控制所述红外发射管的导通和断开，所述中央处理器在所述红外检测电路收到所述红外发射管发射的红外信号后，根据所述红外信号判断所述红外检测电路中是否检测到检测信号，若是，则判断有被检测物体在感应区；所述检测信号为与所述控制信号脉冲间隔一致的脉冲信号。本申请解决了红外感应抗干扰电路设计与软件设计复杂，成本高等问题。

Description

一种红外感应控制电路、出液装置

技术领域

本申请涉及红外感应领域，特别是涉及一种红外感应控制电路、出液装置。

背景技术

红外感应技术是通过红外线反射原理，红外线发射管发出的红外线由于被检测物体遮挡反射到红外线接收管，通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给控制元件(如继电器、电机、电磁阀)，达到自动控制的目的。例如，感应洗手液机中的红外感应元件检测到人体的手停留在感应区时，集成电路会向电子水泵发出信号控制出液。当前通过红外反射原理的电路及装置，在受到强烈光源的直射或反射时，接收管难以区分接收光的来源，会出现感应失效或误感应的现象。为解决强光照射的问题，现有技术方案大多是通过较为复杂的电路对接收信号进行滤波，尽可能过滤强光的影响，从而提高检测的准确性。这种方式具有检测准确率低；若干扰光有直射、反射两种方式到接收管则无法抗干扰；电路设计与软件设计复杂，成本高等问题。

发明内容

在本实施例中提供了一种红外感应控制电路、出液装置，以解决相关技术中抗干扰电路设计与软件设计复杂，成本高等问题的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种红外感应控制电路，该电路包括：

红外发射电路，包括第一电阻、第二电阻、第一三极管和红外发射管；

红外检测电路，包括第三电阻、第四电阻、第二三极管和红外接收管；

中央处理器，与所述第一电阻和所述第二三极管的集电极连接；

其中，所述中央处理器向所述红外发射电路输入控制信号控制所述红外发射管的导通和断开，所述中央处理器在所述红外检测电路收到所述红外发射管发射的红外信号后，根据所述红外信号判断所述红外检测电路中是否检测到检测信号，若是，则判断有被检测物体在感应区；所述检测信号为与所述控制信号脉冲间隔一致的脉冲信号。

在其中的一些实施例中，所述控制信号为周期脉冲信号，所述周期脉冲信号的占空比为5‰～1％。

在其中的一些实施例中，所述根据所述红外信号判断所述红外检测电路中是否检测到检测信号的过程包括：

判断所述红外检测电路收到所述红外发射管发射的红外信号是否为脉冲红外信号；

若所述红外检测电路接收到的是脉冲红外信号则产生检测信号；

若所述红外检测电路收到非脉冲红外信号后不会产生所述检测信号。

在其中的一些实施例中，所述判断所述红外检测电路收到所述红外发射管发射的红外信号是否为脉冲红外信号的过程包括：

红外接收管接收到红外信号之后，红外检测电路的电压每次从低于第二三极管导通电压上升到高于电压后，中央处理器会接收到电信号；

中央处理器对接收到电信号的次数和时间间隔进行计数，根据所述电信号的次数和时间间隔判断红外信号是否为脉冲红外信号。

在其中的一些实施例中，所述第二电阻的阻值可调，用于调节所述红外发射管发射的红外信号强度，所述第二电阻阻值大于5欧姆。

在其中的一些实施例中，所述第三电阻的阻值可调，用于调节所述红外接收管对红外信号的敏感度。

在其中的一些实施例中，所述第三电阻的调节方式包括：

使用定值电阻作为第三电阻，使用不同阻值的定值电阻进行替换；或，

使用物理可调电阻作为第三电阻；或，

使用数字电位器芯片作为第三电阻，通过所述中央处理器与所述数字电位器芯片通信，通过控制信号修改数字电位器的阻值。

在其中的一些实施例中，所述中央处理器设有防误触判定规则，所述防误触判定规则为：所述中央处理器检测到连续的N个检测信号后，判定所述红外检测电路检测到所述红外信号，其中，N≥3。

在其中的一些实施例中，所述红外发射电路和所述红外检测电路外层均有遮光材料包裹，其中，所述红外检测电路外层的遮光材料比所述红外发射电路外层的遮光材料长度更大。

第二个方面，在本实施例中提供了一种红外感应控制的出液装置，包括感应装置和用于安装液体的容纳箱，所述感应装置采用如上所述的一种红外感应控制电路来实现。

与相关技术相比，在本实施例中提供的是使用较为简单的红外发射、接收电路(降低电路成本)设计，通过搭配与之适配的软件控制设计和光路结构装置，解决了相关技术中抗干扰电路设计与软件设计复杂，成本高的问题，实现了提高强光环境下的检测准确性。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请的一种红外感应控制电路的电路原理图；

图2是本实施例的场景示意图之一；

图3是本实施例的对应图2场景的信号示意图；

图4是本实施例的场景示意图之一；

图5是本实施例的对应图4场景的信号示意图；

图6是本实施例的场景示意图之一；

图7是本实施例的对应图6场景的信号示意图；

图8是本实施例的防误触判定规则判断过程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。

本实施例提供一种红外感应控制电路。图1是本申请的一种红外感应控制电路的电路原理图，如图1所示，电路包括：红外发射电路、红外检测电路及中央处理器。红外发射电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1和红外发射管DT。红外检测电路，包括第三电阻R3、第四电阻R4、第二三极管Q2和红外接收管DR。中央处理器，与所述第一电阻R1和所述第二三极管Q2的集电极连接。其中，所述中央处理器向所述红外发射电路输入控制信号控制所述红外发射管DT的导通和断开，所述中央处理器在所述红外检测电路收到所述红外发射管DT发射的红外信号后，根据所述红外信号判断所述红外检测电路中是否检测到检测信号，若是，则判断有被检测物体在感应区；所述检测信号为与所述控制信号脉冲间隔一致的脉冲信号。所述检测信号可以根据脉冲红外信号转换而成的电信号。

在本实施例中，对红外发射电路来看，红外发射管DT正向接入电路，发射红外光的强度是由流过红外发射管DT的电流决定。电流越大，发光强度越强；电流越小，发光强度越小。当控制信号Sen T是高电平(幅值是VCC)时，第一三极管Q1导通；当控制信号Sen T是低电平(幅值是GND)时，第一三极管Q1断开。第一三极管Q1导通时，红外发射管DT导通，即红外发射管DT发射红外光。当第一三极管Q1导通时，红外发射管DT、第二电阻R2、第一三极管Q1的集电极与发射极形成通路，满足等式V_CC＝V_DT+V_R2+V_Qce。其中V_DT为红外发射管DT的导通压降，V_Qce为第一三极管Q1集电极与发射极压差，在环境不变的情况下，V_DT与V_Qce在正常工作时是保持稳定的数值。V_R2是第二电阻R2两端的压差，通过伏安法则I＝V/R计算出通路1的电流I。即所述第二电阻R2的阻值决定流过红外发射管DT的电流大小，而红外发射管DT的电流直接决定发出的红外光的强度，即通过第二电阻R2调节红外发射管DT的发光强度。综合来说，控制信号Sen_T通过第一三极管Q1控制红外发射管DT亮/灭灯；通过改变第二电阻R2的阻值能够控制红外光的强度，其中第二电阻R2的作用是限流，用于调节通过红外发射管DT的电流大小。第二电阻R2的阻值范围取决于红外发射管DT的光电特性。本实例中在保证红外发射管DT不因电流过高而烧毁的情况下，第二电阻R2阻值应该≥5Ω(输出信号占空比5‰～1％的情况下)。

在本实施例中，对红外检测电路来看，红外接收管DR正向接入电路，当红光光线照射时，红外接收管DR工作时的内阻R_DR将变小。接收到的红外光越强，内阻R_DR越小；红外光越弱，内阻R_DR越大。红外接收管DR与第三电阻R3串联，组成通路，满足等式V_CC＝V_DR+V_R3。根据伏安法则，第三电阻R3两端的电压值可换算为V_R3＝R3*V_CC/(R_DR+R3)。由等式可知R_DR越小，V_R3则越大。第二三极管Q2的基极电压V_b(即V_R3)达到三极管导通阈值(硅管为0.7V；锗管为0.3V)时，第二三极管Q2导通；反之，第二三极管Q2则不导通。综上所述，接收到的红外光越强，红外接收管DR内阻R_DR越小，第三电阻R3两端电压V_R3(即V_b)则越大，即越容易达到第二三极管Q2的导通电压。中央处理器(CPU)的输入检测信号Sen R与第二三极管Q2集电极相连，第四电阻R4作为检测信号Sen R的上拉电阻。当第二三极管Q2不导通时，检测信号Sen R在上拉第四电阻R4的作用下形成高电平(幅值是V_CC)；当第二三极管Q2不导通时，检测信号SenR为低电平(幅值是GND)。

在本实施例中，第三电阻R3的调节方式包括：使用定值电阻作为第三电阻R3，使用不同阻值的定值电阻进行替换，直至红外接收DR管敏感度达到所需阈值；或，使用物理可调电阻作为第三电阻R3，通过调整该第三电阻R3的阻值直至红外接收管DR敏感度达到所需阈值；或，使用数字电位器芯片作为第三电阻R3，通过所述中央处理器与所述数字电位器芯片通信，通过控制信号修改数字电位器的阻值，实现自动将第三电阻R3的阻值调整红外接收管DR敏感度达到所需阈值。第三电阻R3的阻值范围取决于红外接收管DR的光电特性，本实例中第三电阻R3阻值范围是1MΩ～20MΩ。上述三种为主要的改变第三电阻R3阻值的方式，只要能够根据需要改变第三电阻R3的阻值，就属于第三电阻R3的调节方式。

需要说明的是，中央处理器根据红外信号判断所述红外检测电路中是否检测到检测信号的过程包括：判断所述红外检测电路收到所述红外发射管DT发射的红外信号是否为脉冲红外信号；若所述红外检测电路接收到的是脉冲红外信号则产生检测信号；若所述红外检测电路收到非脉冲红外信号后不会产生所述检测信号。即通过判断所述红外检测电路收到的所述红外发射管DT发射的红外信号是否是脉冲红外信号来产生所述检测信号。其中，判断所述红外检测电路收到所述红外发射管DT发射的红外信号是否为脉冲红外信号的过程包括：红外接收管DR接收到红外信号之后，红外检测电路的电压每次从低于第二三极管Q2导通电压上升到高于电压后，中央处理器会接收到电信号；中央处理器对接收到电信号的次数和时间间隔进行计数，根据所述电信号的次数和时间间隔判断红外信号是否为脉冲红外信号。

现在对本实施例可能会面对的三种感应场景情况进行列举。

图2是本实施例的场景示意图之一，图3是本实施例的对应图2场景的信号示意图。红外发射管DT发射红外光(红外信号的一种实施例)强度可用电流曲线I_dt表示，红外接收管DR对接收红外光后，红外检测电路的反应可用电压曲线V_dr表示。红外接收管DR接收到红外光之后，红外检测电路的电压每次从低于第二三极管Q2导通电压上升到高于电压后，中央处理器(CPU)会接收到电信号，并对次数和时间间隔进行计数。中央处理器(CPU)根据所述电信号的次数和时间间隔判断红外检测电路接收的红外信号是否为脉冲红外信号。当次数和时间间隔均符合预设的判断标准后，则说明红外接收电路接收的红外光为脉冲红外信号，此时中央处理器(CPU)会判断有被检测物体在感应区。因此，中央处理器(CPU)根据所述电信号的次数和时间间隔未达到预设的判断标准，则红外检测电路收到的红外光为非脉冲红外信号，此时中央处理器(CPU)会对该红外信号过滤掉而不会产生检测信号。这是因为检测信号的产生被需要符合预设的判断标准，预设判断标准为与控制信号脉冲间隔一致的电信号。非脉冲信号不会导致红外检测电路产生脉冲间隔，因此非脉冲信号将会被作为干扰源滤除，中央处理器(CPU)认为红外检测电路没有产生检测信号，提高了感应的准确率。

此外，作为优选方案，为了提高提高红外感应控制电路检测的准确度，还可以通过使用遮光电路套包裹发射电路200和接收电路201。结合参照图2、图4及图6，其中包裹接收电路201的遮光电路套长度比包裹接收电路201的更长。所述遮光电路套可以用于限制发射光的角度与接收电路201接收光的范围，防止发射电路200发出的信号直接照射接收电路201。所述遮光电路套可以包覆在红外发射管DT和/或红外接收管DR的外层。所述遮光电路套可以由遮光材料制成。作为优选地，所述红外接收管DR外层的遮光电路套比所述红外发射管DT外层的遮光电路套长度更长。所述红外接收管DR外层的遮光电路套比所述红外发射管DT外层的遮光电路套长度更长的一种实施方式可为：红外接收管DR的红外光接收器的外层设置第一遮光电路套，红外发射管DT的红外光发射器的外层设置第二遮光电路套，所述第一遮光电路套的轴线大于第二遮光电路套的轴线。。所述红外接收管DR外层的遮光电路套比所述红外发射管DT外层的遮光电路套长度更长的另一实施方式可为：红外光发射器发光的部件有部分可以露出遮光材料，而红外光接收器接收光源的部件可以不露出遮光材料，或者其露出遮光材料的体积或长度小于红外发射器发光的部件露出遮光材料的体积或者长度。所述红外检测电路外层的遮光材料比所述红外发射电路外层的遮光材料长度更大，可以杜绝光源从红外检测电路侧面照射，从而影响红外检测电路感应的准确率。所述红外检测电路外层的遮光材料比所述红外发射电路外层的遮光材料长度更大，杜绝光源从侧面照射的影响。

图4是本实施例的场景示意图之一，图5是本实施例的对应图4场景的信号示意图。红外接收管DR会接收到干扰光源带来的直流分量，可用V_Light表示。本优选实施例中通过调节第二电阻R2的阻值，配合低占空比脉冲输出设计，增强发射光强度，让发射光强度远大于干扰光的同时，给予阈值更大的调控范围。通过调节第三电阻R3的阻值，即调节第二三极管Q2基极电压V_R3，达到提高检测的阈值(Threshold)的目的，使得干扰光源的反射信号无法达到设定阈值(或者预设的判断标准)，则可以避免出现误感应的问题。即，外接干扰源，只是让电压曲线V_dr增加了直流分量，即抬高了曲线。通过调节第三电阻R3的阻值，来抬高检测的阈值，降低检测的敏感度；通过调节第二电阻R2的阻值，来增加自身发射光强，相当于减弱外界光(干扰光源的一个实施例)的影响。

图6是本实施例的场景示意图之一，图7是本实施例的对应图6场景的信号示意图。被检测体是否进入感应范围，对被检测体的判断分三个阶段：第一阶段：被检测体未进入感应区时，由于直射的光源过强，红外接收管DR的信号V_dr直接超过阈值(Threshold)。但由于不存在多个脉冲，中央处理器(CPU)则会判断无物体。第二阶段：被检测体进入感应区时，由于洗手液机的构造决定，被检测体能挡住干扰光源对红外接收管DR的直射部分，而干扰光源在被检测体上的反射部分可通过电路设计解决。红外发射管DT发射的脉冲红外光在通过被检测体反射至红外接收管DR之后，红外接收管DR接收到的脉冲红外光，红外检测电路根据脉冲红外光产生多个电压变化周期，电压每个变化周期(所述电信号的次数和时间间隔的一个实施例)可以是：电压从低于第二三极管Q2导通电压上升到高于电压(接收信号V_dr亦与图4和图5所展示的情况一致)。中央处理器根据电压变化的周期已经达到预设的判断标准判断有物体进入感应区。第三阶段：被检测体离开感应区后，结果与如第一阶段一致。综合来说，被检测物体进入感应区的时候，就能挡住干扰光源直射部分；干扰光源在被检测物体的反射部分可以被过滤掉。可以参照与图4和图5所展示的情况一样。图4中白色线条所示的光线可为干扰光源。

在上述实施例中，为了实现抵抗外接光强影响，需要增强自身红外发射管DT发出的红外光强度，即调高红外发射管DT流过的电流。由于红外发射管DT自身结构和参数，限制了持续导通的电流大小(当持续导通超限电流时，红外发射管DT会出现过热烧毁的现象)。本提案是采用低占空比(5‰～1％)的周期脉冲，作为红外发射管DT的控制信号，达到以下目的：提高瞬时工作电流、保证红外发射管DT寿命、控制整体功耗以及确保发射时长符合红外接收管DR敏感度。

相对应的，中央处理器设有防误触判定规则，所述防误触判定规则为：所述中央处理器检测到连续的N个检测信号后，判定所述红外检测电路检测到所述红外信号，其中，N≥3。图8为本实施例的防误触判定规则判断过程示意图，对于N值范围的测定，当接收到第一个脉冲信号，表示中央处理器在第T0个检测周期进入检测等待状态202；当下一个时间周期接收到脉冲信号，表示上一个信号不是由外接因素(震动、工频干扰等)导致的误判信号，中央处理器进入检测判定状态203；当T_N-1个时间周期接收到第N个脉冲信号，中央处理器进入检测确认状态204，表示检测判定完成。其中203状态重复次数越多，系统的抗误判能力越强，所以N最小值为3。对于N值范围的测定，结合检测时长(由于操作习惯，检测的时长会控制到250ms以内)与功耗(每次驱动红外发射管DT均会产生功耗，所以需要控制驱动的间隔)的因素，同时考虑防误判的能力，本实例认为N值为4～6较为合适。物体还在感应区时，会持续接收到脉冲信号，205表示为当前信号为同一轮物体进入感应区。物体离开感应区的条件206是：需要超过一定时间都未检测到脉冲信号，即需要同时有多个空信号，才表示物体离开。本实例中将206的时长设置为200ms。需要指出的是，在本实施例中，红外信号是指红外发射电路向外界发出的红外线信号，脉冲信号是指红外检测电路(红外接收电路)接收到上述红外信号后在其电路中产生的脉冲信号，检测信号是指能够符合检测标准，即脉冲周期和间隔都与红外信号一致的脉冲信号，统称为检测信号。通过本实施例的防误触规则，可以有效防止因意外原因导致错误感应，提高了感应的准确率。

本申请还提出了一种红外感应控制的出液装置，包括感应装置和用于安装液体的容纳箱，所述感应装置采用如上述实施例任一项所述的一种红外感应控制电路来实现。从原理上说，本申请主要设计了感应电路和信号处理部分，对于安装液体的容积箱没有改动，因此从理论上来说本装置可以应用于所有液体的自动感应出液，包括但不限于如洗手液、洗衣液、饮用水或自来水等液体。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅是用来解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所做出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请披露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例结合。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种红外感应控制电路，其特征在于，该电路包括：

红外发射电路，包括第一电阻、第二电阻、第一三极管和红外发射管；

红外检测电路，包括第三电阻、第四电阻、第二三极管和红外接收管；

中央处理器，与所述第一电阻和所述第二三极管的集电极连接；

其中，所述中央处理器向所述红外发射电路输入控制信号控制所述红外发射管的导通和断开，所述中央处理器在所述红外检测电路收到所述红外发射管发射的红外信号后，根据所述红外信号判断所述红外检测电路中是否检测到检测信号，若是，则判断有被检测物体在感应区；所述检测信号为与所述控制信号脉冲间隔一致的脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的一种红外感应控制电路，其特征在于，所述控制信号为周期脉冲信号，所述周期脉冲信号的占空比为5‰～1％。

3.根据权利要求1所述的一种红外感应控制电路，其特征在于，所述根据所述红外信号判断所述红外检测电路中是否检测到检测信号的过程包括：

判断所述红外检测电路收到所述红外发射管发射的红外信号是否为脉冲红外信号；

若所述红外检测电路接收到的是脉冲红外信号则产生检测信号；

若所述红外检测电路收到非脉冲红外信号后不会产生所述检测信号。

4.根据权利要求3所述的一种红外感应控制电路，其特征在于，所述判断所述红外检测电路收到所述红外发射管发射的红外信号是否为脉冲红外信号的过程包括：

红外接收管接收到红外信号之后，红外检测电路的电压每次从低于第二三极管导通电压上升到高于电压后，中央处理器会接收到电信号；

中央处理器对接收到电信号的次数和时间间隔进行计数，根据所述电信号的次数和时间间隔判断红外信号是否为脉冲红外信号。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种红外感应控制电路，其特征在于，所述第二电阻的阻值可调，用于调节所述红外发射管发射的红外信号强度，所述第二电阻阻值大于5欧姆。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种红外感应控制电路，其特征在于，所述第三电阻的阻值可调，用于调节所述红外接收管对红外信号的敏感度。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种红外感应控制电路，其特征在于，所述第三电阻的调节方式包括：

使用定值电阻作为第三电阻，使用不同阻值的定值电阻进行替换；或，

使用物理可调电阻作为第三电阻；或，

使用数字电位器芯片作为第三电阻，通过所述中央处理器与所述数字电位器芯片通信，通过控制信号修改数字电位器的阻值。

8.根据权利要求1-4任一项所述的一种红外感应控制电路，其特征在于，所述中央处理器设有防误触判定规则，所述防误触判定规则为：所述中央处理器检测到连续的N个检测信号后，判定所述红外检测电路检测到所述红外信号，其中，N≥3。

9.根据权利要求1-4任一项所述的一种红外感应控制电路，其特征在于，所述红外发射电路和所述红外检测电路外层均有遮光材料包裹，其中，所述红外检测电路外层的遮光材料比所述红外发射电路外层的遮光材料长度更大。

10.一种红外感应控制的出液装置，其特征在于，包括感应装置和用于安装液体的容纳箱，所述感应装置采用如权利要求1-9任一项所述的一种红外感应控制电路来实现。

Images