CN114614809A - 一种近红外光按键电路 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供的一种近红外光按键电路，所述电路包括依次连接的光按键检测单元、功能控制单元以及近红外通讯单元，其中：光按键检测单元，用于在接收到强光照射时，将光按键检测信号从常态下的高电平转变为低电平；功能控制单元，用于对光按键检测信号的高低电平变化情况进行监测，并在确定存在强光照射时，启动光按键的功能；功能控制单元，还用于触发光按键检测单元与近红外通讯单元进行近红外通讯。该电路在保证近红外通讯功能不受影响的情况下，通过调整硬件匹配电路使近红外发射管能够达到光敏二极管的效果以及灵敏度。

Description

一种近红外光按键电路

技术领域

本申请涉及仪器仪表配置技术领域，具体而言，涉及一种近红外光按键电路。

背景技术

与传统光源相比，发光二极管是一种成本低、尺寸小、可靠性高、发热低、寿命长、发光颜色丰富的器件。众所周知，发光二极管能够发射不同波长的光。不太熟悉的是发光二极管作为选择性光传感器的能力。事实上，发光二极管在光电探测器模式下的工作原理与传统光电二极管类似。目前，主要使用光敏二极管，以实现仪器仪表的光按键翻页及编程功能，但是由于光敏二极管的价格昂贵，该方法不利于普及，存在生产成本高以及生产效率的问题。

发明内容

本申请实施例的目的在基于提供一种近红外光按键电路，可以在减少器件的同时又可满足客户的功能需求，降低生产成本的，同时提高生产效率。

本申请实施例提供了一种近红外光按键电路，其特征在于，所述电路包括依次连接的光按键检测单元、功能控制单元以及近红外通讯单元，其中：

所述光按键检测单元，用于在接收到强光照射时，将光按键检测信号从常态下的高电平转变为低电平；

所述功能控制单元，用于对光按键检测信号的高低电平变化情况进行监测，并在确定存在强光照射时，启动光按键的功能；

所述功能控制单元，还用于触发所述光按键检测单元与所述近红外通讯单元进行近红外通讯。

由上可知，本申请实施例提供的一种近红外光按键电路，基于近红外发射管的硬件匹配电路设计思路和方案，通过调整硬件匹配电路使近红外发射管能够达到光敏二极管的效果及灵敏度的同时，实现近红外通讯的功能不受影响，能合理利用在仪器仪表中实现替代光敏二极管的作用。采用原电测仪表自带的近红外电路，通过原理更改实现替代光敏二极管，在不使用光敏二极管器件的条件下，仍能实现光按键的功能和近红外通讯的功能，使得在减少器件的同时，又可以满足客户的功能需求，降低生产成本的同时提高生产效率。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种近红外光按键电路的系统结构示意图；

图2本申请实施例提供的一种近红外光按键电路的结构示意图；

图3为近红外发射管在接收到强光照射时的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1，图1是本申请一些实施例中的一种近红外光按键电路的系统结构示意图，由图1所知，该电路100包括三个部分，分别为依次连接的光按键检测单元101、功能控制单元102以及近红外通讯单元103，其中：

所述光按键检测单元101，用于在接收到强光照射时，将光按键检测信号从常态下的高电平转变为低电平。

所述功能控制单元102，用于对光按键检测信号的高低电平变化情况进行监测，并在确定存在强光照射时，启动光按键的功能。

所述功能控制单元102，还用于触发所述光按键检测单元101与所述近红外通讯单元103进行近红外通讯。

上述的近红外光按键电路，基于近红外发射管的硬件匹配电路设计思路和方案，通过调整硬件匹配电路使近红外发射管能够达到光敏二极管的效果及灵敏度的同时，实现近红外通讯的功能不受影响，能合理利用在仪器仪表中实现替代光敏二极管的作用。采用原电测仪表自带的近红外电路，通过原理更改实现替代光敏二极管，在不使用光敏二极管器件的条件下，仍能实现光按键的功能和近红外通讯的功能，使得在减少器件的同时，又可以满足客户的功能需求，降低生产成本的同时提高生产效率。

请参考图2，其为本申请实施例提供的一种近红外光按键电路的结构示意图。当前实施例中，所述光按键检测单元包括近红外发射管H2、三极管Q7以及下拉电阻R33，其中：

所述近红外发射管H2在接收到强光照射时，电路中同步产生的电流将驱使所述三极管Q7进入饱和导通状态，以及通过所述下拉电阻R33将光按键检测信号从常态下的高电平转变为低电平。

具体的，近红外发射管H2除了发光外，其还可用作光电二极管光传感器/检测器。其中，该能力可用于各种应用，例如，环境光照水平传感器和双向通信。作为光电二极管，近红外发射管H2对等于或小于其发射的主要波长的波长敏感。

在其中一个实施例中，近红外发射管H2由一块接收光线照射的金属板、以及称为收集器的板块组成。具体在实施的时候，光线照射到金属板，将刺激光电电子的发射。其中，发射出的光电电子将被吸引到带正电的收集器上，在电路中形成光电流。

需要说明的是，根据光的经典波动理论，随着光照强度的增加，将进一步导致电场的增加，而由于作用在电子上的力与电场矢量成正比，因此光电子的动能将随入射光的强度而增加。

在其中一个实施例中，请参考图2，所述光按键检测单元还包括电阻R31、电阻R32和电阻R108，其中：

所述近红外发射管H2的正极经由所述电阻R31，连接到所述三极管Q7的发射极；所述三极管Q7的基极经由所述电阻R32，连接到所述发射管H2的负极，其中，所述电阻R32与所述发射管H2连接的一端，还经由电阻R108连接到微控制器MCU，以对经由所述微控制器MCU传输的发射信号进行接收；所述三极管Q7的集电极经由所述电阻R33接地，其中，所述三极管Q7与所述电阻R33连接的一端还连接到微控制器MCU，以将光按键检测信号传输到微控制器MCU，由所述微控制器MCU对接收到的光按键检测信号的高低电平变化情况进行检测。

具体的，当近红外发射管H2接收到外界光线照射时，此时电路中的电流将由近红外发射管H2的正极流向三极管Q7.其中，当近红外发射管H2接收到足够的光强时，此时电路中同步产生的电流将会使三极管Q7饱和导通，此时的光按键检测信号由常态下的高电平改变为低电平 。随即微控制器MCU可以通过检测光按键检测信号的电平变化，判断是否启动光按键功能，而程序逻辑中其也被视为触发光按键翻页功能。

需要说明的是，三极管有三种工作状态，分别是放大、截止、饱和。其中，三极管的放大状态例如可以理解为水龙头由关断至被打开的过程，其处于正常的出水状态，此时三极管的PN结导通。截止状态下，三极管的基极的偏置电压小于PN结的导通电压，从而无法实现让三极管这个开关闭合。三极管的饱和状态，即PN结处于正向导通状态，当基极电流增大到一定值时，集电极电流不在变化，接近于某个恒定值。

在其中一个实施例中，请参考图2，所述光按键检测单元还用于调整电阻R33的阻值，改变三极管Q7饱和导通后下拉到地电流的大小，以此调节接收光强的灵敏度。

在其中一个实施例中，请参考图3，所述近红外发射管H2对等于或小于其发射的主要波长的波长敏感，当能量大于带隙的光子落在近红外发射管H2的耗尽区时，光子将被吸收，并随之产生电子-空穴对。其中，在整个区域的电场将目标电子、以及与之对应的目标空穴分开之后，再产生电流，且随着落在近红外发射管H2上的光子数量的增加，同步产生的电流累计量也会随之增加，并与光子数量成比例。

具体的，一个空穴，相对来说可以理解其为一个正电荷，因为它是一个没有负电荷的空穴，而负电荷通常会在空穴中产生一个零的净电荷。需要说明的是，半导体中的发光过程非常简单：当导带中有一个电子，价带中有一个空态时，导带电子可以松弛，以填充价带中的空态，并将能量差（即带隙）作为发射光子释放。换句话说，电子和空穴重新组合之后，将发射能量约等于带隙能量的光子。在一个实施例中，为了增加光子通量，导带中必须有足够多的电子（或价带中的空穴），也就是说半导体必须是“导电的”。

在其中一个实施例中，近红外发射管H2除了发光之外，其还可用作光电二极管光传感器/检测器。该能力可用于各种应用，包括环境光照水平传感器和双向通信。其中，作为光电二极管，近红外发射管H2将对等于或小于其发射的主要波长的波长敏感。

在一个实施例中，当能量大于带隙的光子落在近红外发射管H2的耗尽区时，这些光子将被吸收，并随之产生相应的产生电子-空穴对（见图3中的（a）部分）。在整个区域的电场将它们分开时，此时便同步产生微小的电流。之后，随着光子（光）累积数量的增加，同步产生的电流也就越多，因此电流与落在近红外发射管H2上的光成比例，这称为光电流（见图3中的（b）、（c）部分）。如前所述，只有当入射光子的能量大于半导体的能隙时（内部光电效应），才会发生这种现象。因此，使用不同波长的光可以验证这一重要效应。

在其中一个实施例中，请参考图2，所述功能控制单元包括连接到所述光按键检测单元的微控制器MCU，其中：

所述微控制器MCU通过检测光按键检测信号的高低电平变化，在确定存在强光照射时，启动光按键的功能，使得在未使用光敏二极管的情况下，近红外发射管能够替代光敏二极管功能。

具体的，常态下光按键检测信号为高电平，当三极管Q7饱和导通之后，与之连接的下拉电阻R33将使光按键检测信号改变为低电平，由于这一信号将被传输到微控制器MCU。因此，微控制器MCU可以通过检测光按键检测信号的电平变化趋势，判断何时有光照，并在认为有光照时，启动光按键的功能。

在其中一个实施例中，请参考图2，所述功能控制单元中，微控制器MCU传输发射信号到所述光按键检测单元，以触发所述光按键检测单元与所述近红外通讯单元进行近红外通讯。

具体的，请参考图2，微控制器MCU通过向光按键检测单元传输发射信号，以控制近红外发射管H2向外发射信号，并由近红外通讯单元中的近红外接收管B2进行信号接收。在一个实施例中，在近红外通讯单元将接收到的信号进行信号放大处理之后，再将其传输给微控制器MCU进行处理。

需要说明的是，近红外通讯单元可以通过接入的信号放大器进行信号放大处理，其中，信号放大器是任何一台现代测量仪器不可缺少的基本电路，越灵敏的仪器，越需要高增益高性能的放大器。而根据实际仪器的功能和要求的不同，对放大器也有这样或那样的性能要求，如增益的高低、频带的宽窄、以及输入阻抗的高低。实际上，放大器的参数远不止这些，还有许许多多的参数来表征放大器，如非线性放大器、程控放大器、差动放大器、微功耗放大器等，而不管什么样的放大器都需要用到通用运算放大器来设计。

在一个实施例中，在将所得的放大信号传输到微控制器MCU进行处理之前，还可以进行噪声检测、去噪、滤波等处理，以在能够有效提高信号去噪效果的情况下，提高信号的信噪比，本申请实施例不对其具体实施方式进行限定。

在其中一个实施例中，请参考图2，所述近红外通讯单元包括近红外接收管B2，其中：

所述近红外接收管B2与所述近红外发射管H2之间实现近红外通讯，并将接收到的信号传输到所述微控制器MCU进行处理。

具体的，近红外通讯一般不采用调制方式，为了抗干扰需要使发射端与接收端以一种近乎紧贴的方式在极短距离内通信。其要求的一般通讯速率更高（波特率可达57600或以上），抗干扰能力越强。其具有高电气隔离、线路简单、抗干扰性好，便于实现点对点通讯的特点。在一个实施例中，通过控制近红外发射管H2对准近红外接收管B2，以此保证通讯功能的正常使用。

在另一个实施例中，近红外通讯单元也可以采用中心对称设计、以及红外的指向性特点等方式，在无需对准近红外发射管H2和近红外接收管B2和/或通过红外的指向性特点进行接收器的配对的情况下，通过克服近红外接收管和近红外发射管之间的角度差，以实现任意角度通讯，保证近红外发射管H2和近红外接收管B2之间通讯功能的顺利实施。

在其中一个实施例中，请参考图2，所述近红外通讯单元还包括三极管Q6以及电阻R34，其中：

所述近红外接收管B2的电源连接端，经由所述电阻R34连接到所述三极管Q6的集电极；所述三极管Q6的基极连接到所述近红外接收管B2的接地端；所述三极管Q6的发射极接地。

在其中一个实施例中，请参考图2，所述近红外通讯单元还包括电阻R30、电阻R35以及电阻R36，其中：

所述三极管Q6的基极经由所述电阻R30、以及所述电阻R35连接到所述近红外接收管B2的接地端；所述电阻R30和所述电阻R35连接的一端还经由所述电阻R36接地。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种近红外光按键电路，其特征在于，所述电路包括依次连接的光按键检测单元、功能控制单元以及近红外通讯单元，其中：

所述光按键检测单元，用于在接收到强光照射时，将光按键检测信号从常态下的高电平转变为低电平；

所述功能控制单元，用于对光按键检测信号的高低电平变化情况进行监测，并在确定存在强光照射时，启动光按键的功能；

所述功能控制单元，还用于触发所述光按键检测单元与所述近红外通讯单元进行近红外通讯。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述光按键检测单元包括近红外发射管H2、三极管Q7以及下拉电阻R33，其中：

所述近红外发射管H2在接收到强光照射时，电路中同步产生的电流将驱使所述三极管Q7进入饱和导通状态，以及通过所述下拉电阻R33将光按键检测信号从常态下的高电平转变为低电平。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述光按键检测单元还包括电阻R31、电阻R32和电阻R108，其中：

所述近红外发射管H2的正极经由所述电阻R31，连接到所述三极管Q7的发射极；

所述三极管Q7的基极经由所述电阻R32，连接到所述发射管H2的负极，其中，所述电阻R32与所述发射管H2连接的一端，还经由电阻R108连接到微控制器MCU，以对经由所述微控制器MCU传输的发射信号进行接收；

所述三极管Q7的集电极经由所述电阻R33接地，其中，所述三极管Q7与所述电阻R33连接的一端还连接到微控制器MCU，以将光按键检测信号传输到微控制器MCU，由所述微控制器MCU对接收到的光按键检测信号的高低电平变化情况进行检测。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述光按键检测单元还用于调整电阻R33的阻值，改变三极管Q7饱和导通后下拉到地电流的大小，以此调节接收光强的灵敏度。

5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述近红外发射管H2对等于或小于其发射的主要波长的波长敏感，当能量大于带隙的光子落在近红外发射管H2的耗尽区时，光子将被吸收，并随之产生电子-空穴对，其中，在整个区域的电场将目标电子、以及与之对应的目标空穴分开之后，再产生电流，且随着落在近红外发射管H2上的光子数量的增加，同步产生的电流累计量也会随之增加，并与光子数量成比例。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述功能控制单元包括连接到所述光按键检测单元的微控制器MCU，其中：

所述微控制器MCU通过检测光按键检测信号的高低电平变化，在确定存在强光照射时，启动光按键的功能，使得在未使用光敏二极管的情况下，近红外发射管能够替代光敏二极管功能。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述功能控制单元中，微控制器MCU传输发射信号到所述光按键检测单元，以触发所述光按键检测单元与所述近红外通讯单元进行近红外通讯。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述近红外通讯单元包括近红外接收管B2，其中：

所述近红外接收管B2与所述近红外发射管H2之间实现近红外通讯，并将接收到的信号传输到所述微控制器MCU进行处理。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述近红外通讯单元还包括三极管Q6以及电阻R34，其中：

所述近红外接收管B2的电源连接端，经由所述电阻R34连接到所述三极管Q6的集电极；

所述三极管Q6的基极连接到所述近红外接收管B2的接地端；

所述三极管Q6的发射极接地。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述近红外通讯单元还包括电阻R30、电阻R35以及电阻R36，其中：

所述三极管Q6的基极经由所述电阻R30、以及所述电阻R35连接到所述近红外接收管B2的接地端；

所述电阻R30和所述电阻R35连接的一端还经由所述电阻R36接地。

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