CN202150845U - 低成本光电感应开关 - Google Patents

Abstract

一种低成本光电感应开关，设置有含555芯片的多谐振荡电路，其输出的方波信号，对红外驱动发射电路进行驱动控制，使其红外发射管输出红外调制信号；与该感应开关一定距离内的障碍物，将红外线反射并由红外信号接收电路的红外接收头接收，并通过其输出端向外发送TTL电平信号；所述红外接收头的响应频率，与所述方波信号的振荡频率、所述红外调制信号的频率相匹配。本实用新型仅需调整振荡频率到38kHz，即能够对可调探测距离内的障碍物进行探测。本实用新型所使用的元件在市面上都极易买到，使成本低廉。

Description

低成本光电感应开关

技术领域

本实用新型涉及一种红外接近开关，特别涉及一种低成本光电感应开关。

背景技术

当汽车倒车或人走近商店自动门时，需要感应出物体的距离。一般使用红外接近开关来发射红外线，并接收由障碍物反射回来的红外线，从而对一定距离内接近所述开关的物体进行感测。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种低成本光电感应开关，能够以简单的电路结构、易获取的元件实现，满足其对一定距离内接近的物体进行感测要求的同时，有效降低整个光电感应开关的成本。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种低成本光电感应开关，其设置有多谐振荡电路，通过设置的555芯片输出方波信号；

红外驱动发射电路，其与所述多谐振荡电路连接，通过设置的红外发射管输出红外调制信号；以及，

红外信号接收电路，分别与所述多谐振荡电路、所述红外驱动发射电路连接，通过设置的红外接收头对一定距离内由障碍物反射回来的红外线进行接收，并由所述红外接收头的输出端向外发送TTL电平信号；

所述红外接收头的响应频率，与所述方波信号的振荡频率、所述红外调制信号的频率相匹配。

所述红外接收头的响应频率、所述方波信号的振荡频率、所述红外调制信号的频率为38kHz。

所述多谐振荡电路中，所述555芯片的3脚与所述红外驱动发射电路连接，并向其输出所述方波信号；

所述555芯片的4脚和8脚与电源端连接；若该电源端为5V供电时，所述红外接收头的输出端直接与外部微处理器连接以发送所述TTL电平信号；

所述555芯片的1脚接地。

所述多谐振荡电路中还包含以下元件：

第一电阻及第二电阻，串联设置在所述555芯片的4脚、7脚之间；

第三电阻，一端与所述555芯片的7脚连接；

第四电阻，与所述第三电阻的另一端串联后，与所述555芯片的2脚和6脚同时连接；

第一电容，与所述555芯片的2脚及6脚连接，使两者通过该第一电容接地；

二极管，并联设置在所述串联的第三电阻与第四电阻上；

所述多谐振荡电路的振荡频率f，根据所述第一至第四电阻、所述第一电容的参数，由以下公式计算得到：

t1≈0.7(R1+R2)×C1；t2≈0.7(R3+R4)×Cl；f＝1/(t1+ t2)。

优选的，所述第一电阻R1、第四电阻R4为1k欧姆时，可调的所述第二电阻R2和第三电阻R3分别调整为880欧姆，使所述多谐振荡电路输出占空比为1:1，振荡频率为38kHz的方波信号。

所述红外驱动发射电路中，还设置有驱动电路，其包含：

第七电阻，其一端与所述多谐振荡电路的555芯片的3脚连接；

三极管，其基极与所述第七电阻的另一端连接，其发射极接地，其集电极与所述红外发射管的负极连接。

所述红外发射管的正极，经由一固定阻值的电阻连接至所述电源端；

或者，所述红外发射管的正极与所述电源端之间，串联设置有可调的第五电阻与第六电阻；通过改变所述第五电阻的阻值，对所述红外发射管的发射电流进行调节，进而对红外发射管的发射功率进行调节，从而对所述感应开关对障碍物的探测距离进行控制。

所述红外信号接收电路中，所述红外接收头的引脚2为所述输出端；

所述红外接收头的引脚1与一第二电容的正极连接，该电容正极还连接至所述555芯片的4脚和8脚；

所述红外接收头的引脚3与所述第二电容接地的负极连接。

所述感应开关为探头状，设置有一管状外壳，将电路板置于其中，并引出所述电源端、接地端和输出端的导线；

所述管状外壳内的前端，即在所述管状外壳对应设置有红外线发射及接收的开口的位置，放置所述红外发射管与红外接收头，并使用不透光的装置将两者隔开；

所述红外发射管上还设置有若干遮光装置，使红外线只能从所述红外发射管的前方发出。

本实用新型所述低成本光电感应开关的，其优点在于：只要电路焊接无误，结构安排得当，本实用新型仅需要将多谐振荡电路的振荡频率调整到38kHz，不需要其他太多的调试，即能够探测到接近该低成本光电感应开关一定距离内的物体；该探测距离可调，最大距离可达到20cm以上。所述低成本光电感应开关还能够识别出物体的颜色深浅（浅色物体由于反光性较强，其触发距离较远）。本实用新型所使用的元件在市面上都极易买到，整个光电感应开关的成本低廉。

附图说明

图1是本实用新型所述低成本光电感应开关的电路原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式，各元件的优选参数如图中所示。

如图1所示，本实用新型所述低成本光电感应开关，设置有包含555芯片的多谐振荡电路1，与所述多谐振荡电路1连接的红外驱动发射电路2，以及分别与所述多谐振荡电路1、所述红外驱动发射电路2连接的红外信号接收电路3。

其中，所述红外驱动发射电路2设置有一红外发射管VD2，其通过包含9014型的三极管VT1和可调的第七电阻R7在内的驱动电路与所述多谐振荡电路1中555芯片的3脚连接。

具体的，所述第七电阻R7设置在所述555芯片的3脚与所述三极管VT1的基极之间；所述三极管VT1的发射极接地，集电极与所述红外发射管VD2的负极连接。所述红外发射管VD2的正极经由串接的第五电阻R5（可调）、第六电阻R6连接至5V的电源端。该5V电源还连接至所述555芯片的4脚和8脚。

所述红外信号接收电路3包含一型号为AT138B的红外接收头U1，其能响应频率大小为38kHz的红外调制信号。所述红外接收头U1的引脚2作为整个低成本光电感应开关的输出端OUT；在使用5V供电时，可由该输出端OUT直接发送TTL电平至外部的微处理器。所述红外接收头U1的引脚1与一第二电容C2连接至所述555芯片4脚和8脚的正极连接；所述红外接收头U1的引脚3与该第二电容C2接地的负极连接。

所述多谐振荡电路1中，第一电阻R1和可调的第二电阻R2串联设置在555芯片的4脚、7脚之间。可调的第三电阻R3一端与555芯片的7脚连接，另一端通过串接第四电阻R4后与555芯片的2脚和6脚同时连接，再通过一第一电容C1接地；所述串联的第三电阻R3与第四电阻R4上还并联设置有一个二极管。所述555芯片的1脚接地。

上述多谐振荡电路1的振荡频率，由以下公式计算得到：

t1≈0.7(R1+R2)×C1；t2≈0.7(R3+R4)×Cl；f＝1/(t1+ t2)。

根据上述，由于所述红外接收头U1 的响应频率大小为38kHz，因此根据上式调整所述多谐振荡电路1中各元件的参数，经由555芯片的3脚输出38kHz的方波信号至所述红外驱动发射电路2的驱动电路，使其红外发射管VD2向外发射频率为38kHz的红外调制信号。当在一定距离内有障碍物靠近时，将红外发射管VD2发送的红外线反射回来，由所述红外接收头U1接收：当接收到的红外信号足够强时，在所述输出端OUT输出为低电平，否则为高电平。

在进行上述参数调试时，使所述多谐振荡电路1输出的方波波形的占空比尽量为1:1，若占空比偏离1:1不太多则问题不大；但输出频率不能偏离38kHz太多，否则所述低成本光电感应开关的探测精度会下降，甚至根本没有响应。优选的，经过计算使所述第一电阻R1、第四电阻R4为1k欧姆时，所述第二电阻R2、第三电阻R3调整到880欧姆左右。

所述低成本光电感应开关的探测距离，由所述红外发射管VD2的发射功率大小决定；具体可以通过改变第五电阻R5的阻值，对所述红外发射管VD2的发射电流进行调节，来实现探测距离的调节。若不需要调节探测距离的大小，可使用一固定阻值的电阻来代替串联的第五电阻R5和第六电阻R6（此种实施例图中未示出）。

基于上述电路原理，本实用新型的关键还在于所述低成本光电感应开关的结构，尤其是所述红外发射管VD2与所述红外接收头U1的布置。具体的，所述低成本光电感应开关为探头状，设置有一塑料的管状外壳，将电路板置于其中，并引出所述5V的电源端、接地端和输出端OUT的导线。所述管状外壳内的前端，即对应设置有红外线发射及接收的开口位置，放置所述红外发射管VD2与红外接收头U1，并使用不透光的塑料片将两者隔开。可以用黑色的电胶布或类似的遮光材料在红外发射管VD2的周围绕一两圈，只让红外线从其前方发出，从而防止红外发射管VD2向旁边漏射出的红外线，直接到达红外接收头U1，造成输出端OUT的输出始终为低电平的情况发生。

综上所述，只要本实用新型所述低成本光电感应开关的电路焊接无误，结构安排得当，仅需要将多谐振荡电路1的振荡频率调整到38kHz，不需要其他太多的调试，即能够探测到接近该低成本光电感应开关一定距离内的物体；该探测距离可调，最大距离可达到20cm以上。所述低成本光电感应开关还能够识别出物体的颜色深浅（浅色物体由于反光性较强，其触发距离较远）。所述AT138B型的红外接收头U1还可以用HM383等同类产品代替，因而，本实用新型所使用的元件在市面上都极易买到，整个光电感应开关的成本低廉。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种低成本光电感应开关，其特征在于，设置有

多谐振荡电路（1），通过设置的555芯片输出方波信号；

红外驱动发射电路（2），其与所述多谐振荡电路（1）连接，通过设置的红外发射管（VD2）输出红外调制信号；以及，

红外信号接收电路（3），分别与所述多谐振荡电路（1）、所述红外驱动发射电路（2）连接，通过设置的红外接收头（U1）对一定距离内由障碍物反射回来的红外线进行接收，并由所述红外接收头（U1）的输出端（OUT）向外发送TTL电平信号；

所述红外接收头（U1）的响应频率，与所述方波信号的振荡频率、所述红外调制信号的频率相匹配。

2.如权利要求1所述低成本光电感应开关，其特征在于，所述红外接收头（U1）的响应频率、所述方波信号的振荡频率、所述红外调制信号的频率为38kHz。

3.如权利要求2所述低成本光电感应开关，其特征在于，

所述多谐振荡电路（1）中，所述555芯片的3脚与所述红外驱动发射电路（2）连接，并向其输出所述方波信号；

所述555芯片的4脚和8脚与电源端连接；若该电源端为5V供电时，所述红外接收头（U1）的输出端（OUT）直接与外部微处理器连接以发送所述TTL电平信号；

所述555芯片的1脚接地。

4.如权利要求3所述低成本光电感应开关，其特征在于，所述多谐振荡电路（1）中还包含以下元件：

第一电阻（R1）及第二电阻（R2），串联设置在所述555芯片的4脚、7脚之间；

第三电阻（R3），一端与所述555芯片的7脚连接；

第四电阻（R4），与所述第三电阻（R3）的另一端串联后，与所述555芯片的2脚和6脚同时连接；

第一电容（C1），与所述555芯片的2脚及6脚连接，使两者通过该第一电容（C1）接地；

二极管，并联设置在所述串联的第三电阻（R3）与第四电阻（R4）上；

所述多谐振荡电路（1）的振荡频率f，根据所述第一至第四电阻（R1、R2、R3、R4）、所述第一电容（C1）的参数，由以下公式计算得到：

t1≈0.7(R1+R2)×C1；t2≈0.7(R3+R4)×Cl；f＝1/(t1+ t2)。

5.如权利要求4所述低成本光电感应开关，其特征在于，所述第一电阻R1、第四电阻R4为1k欧姆时，可调的所述第二电阻R2和第三电阻R3分别调整为880欧姆，使所述多谐振荡电路（1）输出占空比为1:1，振荡频率为38kHz的方波信号。

6.如权利要求4所述低成本光电感应开关，其特征在于，所述红外驱动发射电路（2）中，还设置有驱动电路，其包含：

第七电阻（R7），其一端与所述多谐振荡电路（1）的555芯片的3脚连接；

三极管（VT1），其基极与所述第七电阻（R7）的另一端连接，其发射极接地，其集电极与所述红外发射管（VD2）的负极连接。

7.如权利要求5所述低成本光电感应开关，其特征在于，所述红外发射管（VD2）的正极，经由一固定阻值的电阻连接至所述电源端。

8.如权利要求5所述低成本光电感应开关，其特征在于，所述红外发射管（VD2）的正极与所述电源端之间，串联设置有可调的第五电阻（R5）与第六电阻（R6）；通过改变所述第五电阻（R5）的阻值，对所述红外发射管（VD2）的发射电流进行调节，进而对红外发射管（VD2）的发射功率进行调节，从而对所述感应开关对障碍物的探测距离进行控制。

9.如权利要求6或7所述低成本光电感应开关，其特征在于，所述红外信号接收电路（3）中，所述红外接收头（U1）的引脚2为所述输出端（OUT）；

所述红外接收头（U1）的引脚1与一第二电容（C2）的正极连接，该电容正极还连接至所述555芯片的4脚和8脚；

所述红外接收头（U1）的引脚3与所述第二电容（C2）接地的负极连接。

10.如权利要求9所述低成本光电感应开关，其特征在于，所述感应开关为探头状，设置有一管状外壳，将电路板置于其中，并引出所述电源端、接地端和输出端（OUT）的导线；

所述管状外壳内的前端，即在所述管状外壳对应设置有红外线发射及接收的开口的位置，放置所述红外发射管（VD2）与红外接收头（U1），并使用不透光的装置将两者隔开；

所述红外发射管（VD2）上还设置有若干遮光装置，使红外线只能从所述红外发射管（VD2）的前方发出。