CN205139168U

CN205139168U - 双路双频可逆计量红外传感器

Info

Publication number: CN205139168U
Application number: CN201520980827.3U
Authority: CN
Inventors: 马风玲; 郑伯明; 张海潮; 邱召运
Original assignee: Weifang Medical University
Current assignee: Weifang Medical University
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2025-12-01

Abstract

本实用新型涉及一种双路双频可逆计量红外传感器，其包括红外发射电路和红外接收电路，红外发射电路包括第一发光二极管、第二发光二极管和发射电路控制芯片，发射电路控制芯片利用其两个输出端口并通过两路二极管驱动电路驱动上述两个发光二极管分别发射频率为f₁和f₂的红外光；红外接收电路包括中心接收频率为f₁的第一红外接收器、中心接收频率为f₂的第二红外接收器、与两个红外接收器的信号输出端连接的接收电路控制芯片以及连接在接收电路控制芯片输出端上的加减脉冲输出电路。本实用新型具有抗干扰能力强、检测精度高、可判断被检物运动方向且输出可逆计量信息的优点。

Description

双路双频可逆计量红外传感器

技术领域

本实用新型属于传感技术与测量技术领域，具体的说是一种双路双频可逆计量红外传感器。

背景技术

基于红外线检测的传感器大致分为透射式、反射式和吸收式三种传感器，其工作原理基本相同，属无接触式传感器。红外传感器包括光学系统、红外发射系统和红外检测系统和转换电路。红外发射系统多采用红外发光二极管作为发光元件，经电路驱动发射某特定频率的红外脉冲光。接收系统多采用光电二极管或光敏三极管作为光电检测元件，将红外脉冲光信号转换为电脉冲信号，并经转换电路解调处理得到检测信息。

透射式红外光电传感器由红外发射器和红外接收器构成，两者正对安装于检测区域的两侧，用红外线构成检测场，通过物体遮断红外光线实现传感，在物、位检测及计量中应用广泛。传统的红外传感器系统一般采用单路单调制频率设计，不具有可逆计量输出功能，若需要判断进出方向，需要安装两支透射式传感器，但两支传感器的调制光频率相同，传感器间必然会产生光干扰，造成误检测。为避免相互干扰，传统的方法是加大两支传感器的间隔距离，这也必然给安装带了不便。另外传统的光电传感器多为非智能化设计，应用系统判断方向时容易造成误判断。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种抗干扰能力强、检测精度高、可判断被检物运动方向并输出可逆计量信息的双路双频可逆计量红外传感器。

为解决上述技术问题，本实用新型的双路双频可逆计量红外传感器包括红外发射电路和红外接收电路，其结构特点是所述红外发射电路包括第一发光二极管、第二发光二极管和发射电路控制芯片，发射电路控制芯片利用其两个输出端口并通过两路二极管驱动电路驱动上述两个发光二极管分别发射频率为f₁和f₂的红外光；红外接收电路包括中心接收频率为f₁的第一红外接收器、中心接收频率为f₂的第二红外接收器、与两个红外接收器的信号输出端连接的接收电路控制芯片以及连接在接收电路控制芯片输出端上的加减脉冲输出电路。

采用上述结构，设置两套发射和接收光路，利用调制红外光技术，使用两种不同频率的脉冲光信号，避免了光路之间相互干扰，提高了检测精度；两条光路同时工作，构成双光路红外检测场，当被检物经过时，通过检测遮断光路的先后次序，接收电路控制芯片判断出物体的运动方向，并通过加减脉冲输出电路输出可逆计量信息，具有重要的应用价值。

所述二极管驱动电路包括NPN型三极管，三极管的基极与发射电路控制芯片的输出端口连接、集电极与发光二极管的负极连接、发射极接地。

所述频率f₁和f₂满足：2f₁>f₂。传感器红外发射系统同时发射f₁和f₂两个频率红外脉冲光信号，与红外接收电路构成两路不同频率光路，当两光路距离较近时，必然会产生光路串扰，这就需要接收器件具有选频功能，因此，接收电路采用了两个中心频率分别为f₁和f₂的光电接收模组作为光电检测元件。若f₁＝f₂，则传感器不能识别光路1、光路2，对于脉冲光，根据傅里叶变换原理，两倍频信号幅度相对较高，因此，2f₁＝f₂时亦可能产生串扰，为了增加辨识度，选取2f₁>f₂。优选的，所述频率f₁＝38kHz，所述频率f₂＝56kHz。

所述加减脉冲输出电路包括由两个NPN型三极管构成的两路集电极开路输出驱动电路和输出端子连接器，两路集电极开路输出驱动电路的其中一路用于向输出端子连接器输送“+”脉冲信号、另一路用于向输出端子连接器输送“-”脉冲信号。

综上所述，本实用新型具有抗干扰能力强、检测精度高、可判断被检物运动方向且输出可逆计量信息的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型中红外发射电路的电路结构示意图；

图2为本实用新型中红外接收电路的电路结构示意图；

图3为本实用新型的工作原理示意图。

具体实施方式

参照附图，该双路双频可逆计量红外传感器包括红外发射电路和红外接收电路，红外发射电路包括第一发光二极管L1、第二发光二极管L2和发射电路控制芯片U1，发射电路控制芯片U1利用其两个输出端口并通过两路二极管驱动电路驱动上述两个发光二极管分别发射频率为f₁和f₂的红外光；红外接收电路包括中心接收频率为f₁的第一红外接收器U2、中心接收频率为f₂的第二红外接收器U3、与两个红外接收器的信号输出端连接的接收电路控制芯片U4以及连接在接收电路控制芯片U4输出端上的加减脉冲输出电路。二极管驱动电路包括NPN型三极管，三极管的基极与发射电路控制芯片U1的输出端口连接、集电极与发光二极管的负极连接、发射极接地。加减脉冲输出电路包括由两个NPN型三极管构成的两路集电极开路输出驱动电路和输出端子连接器J2，两路集电极开路输出驱动电路的其中一路用于向输出端子连接器J2输送“+”脉冲信号、另一路用于向输出端子连接器J2输送“-”脉冲信号。

上述结构中，设置两套发射和接收光路，利用调制红外光技术，使用两种不同频率的脉冲光信号，避免了光路之间相互干扰，提高了检测精度；两条光路同时工作，构成双光路红外检测场，当被检物经过时，通过检测遮断光路的先后次序，接收电路控制芯片判断出物体的运动方向，并通过加减脉冲输出电路输出可逆计量信息，具有重要的应用价值。

本实用新型中，传感器红外发射系统同时发射f₁和f₂两个频率红外脉冲光信号，与红外接收电路构成两路不同频率光路，当两光路距离较近时，必然会产生光路串扰，这就需要接收器件具有选频功能，因此，接收电路采用了两个中心频率分别为f₁和f₂的光电接收模组作为光电检测元件。若f₁＝f₂，则传感器不能识别光路1、光路2，对于脉冲光，根据傅里叶变换原理，两倍频信号幅度相对较高，因此，2f₁＝f₂时亦可能产生串扰，为了增加辨识度，选取2f₁>f₂。优选的，频率f₁＝38kHz，f₂＝56kHz，能够避免光信号间的串扰。由于光路辨识度高，两路发射电路和两路接收电路可以分别封装在一个封装内，减小传感器尺寸，便于安装应用。基于上述原理的双路双频可逆计量红外传感器，设计方法优化了红外传感器的性能，具有避免环境光干扰，抗干扰能力强，有利于提高测量系统的稳定性和测量精度，可用于物体的检测及运动方向的判别并输出可逆计量信息。

下面结合附图的具体实施例，对本实用新型进行详细分析：

附图1是红外发射电路的结构原理图，图中L1、L2为两个红外发射二极管；T1、T2为两个NPN型三极管；R1、R2、R3、R4为电阻；U1是发射电路控制芯片，采用单片机，U1引脚上的标号P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5为其IO口序号；VCC为电源；J1为连接器接口，J1-1脚相连为电源正端，J1-2脚相连为电源负端；C1、C2为电源去耦电容。

在图1中，红外线发射电路采用了两个红外发光二极管的设计，J1为连接器接口，为电路提供5V工作电源；C1、C2为电源去耦电容，稳定电源的供电；L1、L2分别为两个红外发射管，L1的限流电阻为R1，L2的限流电阻为R2。T1、R1、R3构成一路驱动电路，单片机U1经P3.1口连接驱动电路，由U1的软件系统产生频率为38kHz、占空比为1/2的电脉冲信号驱动红外发射管L1发射红外脉冲光信号，与接收电路的U2构成一路红外检测光路；T2、R2、R4构成另一路驱动电路，单片机U1经P3.0口连接驱动电路，由U1的软件系统产生频率为56kHz、占空比为1/2的电脉冲信号驱动红外发射管L2发射红外脉冲光信号，与接收电路的U3构成另一路红外检测光路，两光路同时工作，构成双光路红外检测场。

附图2是红外接收电路的结构原理图，图中U2、U3为两个红外接收器，数字1、2、3为其引脚序号；U4为接收电路控制芯片，采用8引脚单片机，U4引脚上的标号P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4、P3.5为其IO口序号；R5、R6为电阻；T3、T4为NPN型三极管；J2为输出端子连接器，J2-1、J2-2线为电源，其中J2-1脚为电源负端，J2-2脚为电源正端，J2-3脚(O1)、J2-4脚(O2)为输出接口；C1、C2为电源去耦电容。接收电路采用了两个中心接收频率不同的红外接收器。参见附图2，J2为连接器接口，其中J2-1、J2-2线为电源，为电路提供5V直流电源，C3、C4为电源去耦电容，O1、O2为传感器的两个输出接口；U4为8引脚单片机，为接收电路的控制核心；U2、U3为红外接收器，其中U2的中心接收频率为38kHz，与红外发射电路的L1构成红外检测光路1，其只对符合中心频率38kHz的脉冲光敏感，U2的传感信息输出送U4的P3.1口检测。U3的中心接收频率为56kHz，与红外发射电路的L2构成红外检测光路2，其只对符合中心频率56kHz的脉冲光敏感，U3的传感信息输出送U4的P3.0口检测。U4通过检测U2、U3输出信号的次序，由软件系统综合判断后决策是输出“+”信息还是“-”信息，并分别经P3.4口和P3.5口送输出驱动电路；T3、R5构成集电极开路输出驱动电路，用来输出“+”脉冲信号，与J2-3线连接。T4、R6构成集电极开路输出驱动电路，用来输出“-”脉冲信号，与J2-4线连接。“+”或“-”信号是一个可供应用系统识别，脉冲宽度为10ms的电脉冲信号，可根据需要设置成NPN型输出或PNP型输出。

附图3是本实用新型的工作原理示意图，图中31为红外发射系统；32为红外接收及控制系统；光路A为38KHz脉冲信号光路，光路B为56KHz脉冲信号光路；箭头33和34分别为两个待检物。

图3中，当物体进入检测区域时，接收电路可能出现四种状态：其一，物体先通过A光路，后通过B光路，此时U4经软件判别控制P3.4输出“+”脉冲信号；其二，物体先通过A光路，但未通过B光路，此状态下无论遮断A光路多少次，U4软件系统均不输出计量信息；其三，物体先通过B光路，但未通过A光路，此状态下无论遮断B光路多少次，U4软件系统均不输出计量信息；其四，物体先通过B光路，后通过A光路，此时U4经软件判别控制P3.5输出“-”脉冲信号。由此可见，传感器实现了方向逻辑的判断功能，也实现了输出“+/－”可逆计量信息的功能。

综上所述，本实用新型不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本实用新型的保护范围应以本实用新型的权利要求为准。

Claims

1.一种双路双频可逆计量红外传感器，包括红外发射电路和红外接收电路，其特征是所述红外发射电路包括第一发光二极管(L1)、第二发光二极管(L2)和发射电路控制芯片(U1)，发射电路控制芯片(U1)利用其两个输出端口并通过两路二极管驱动电路驱动上述两个发光二极管分别发射频率为f₁和f₂的红外光；红外接收电路包括中心接收频率为f₁的第一红外接收器(U2)、中心接收频率为f₂的第二红外接收器(U3)、与两个红外接收器的信号输出端连接的接收电路控制芯片(U4)以及连接在接收电路控制芯片(U4)输出端上的加减脉冲输出电路。

2.如权利要求1所述的双路双频可逆计量红外传感器，其特征是所述二极管驱动电路包括NPN型三极管，三极管的基极与发射电路控制芯片(U1)的输出端口连接、集电极与发光二极管的负极连接、发射极接地。

3.如权利要求1所述的双路双频可逆计量红外传感器，其特征是所述加减脉冲输出电路包括由两个NPN型三极管构成的两路集电极开路输出驱动电路和输出端子连接器(J2)，两路集电极开路输出驱动电路的其中一路用于向输出端子连接器(J2)输送“+”脉冲信号、另一路用于向输出端子连接器(J2)输送“-”脉冲信号。

4.如权利要求1所述的双路双频可逆计量红外传感器，其特征是所述频率f₁和f₂满足：2f₁>f₂。

5.如权利要求4所述的双路双频可逆计量红外传感器，其特征是所述频率f₁＝38kHz，所述频率f₂＝56kHz。