CN207396767U - 红外对管检测装置与系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种红外对管检测装置与系统，装置包括发射电路、接收电路、延时电路以及比较电路，接收电路包括相互连接的偏置电阻组件与接收管，偏置电阻组件包括串联的至少2个电阻，发射电路发射红外光线，接收电路的所述接收管工作于线性区，所述接收管的负极与偏置电阻连接，接收管的正极接地，比较电路的正向输入端连接于偏置电阻组件中2个电阻之间，比较电路的反向输入端与接收管的负极连接，由于偏置电阻与延时电路的存在，当照射至接收管的红外线发生变化时，比较电路正向输入端与反向输入端之间存在延时电压差，即比较电路会输出与延时电压差对应的高电平或低电平，以准确检测是否有物体遮挡照射至接收管的红外线，从而实现对高速运动物体的红外检测。

Description

红外对管检测装置与系统

技术领域

本实用新型涉及红外检测技术领域，特别是涉及红外对管检测装置与系统。

背景技术

红外对管是红外发射管和红外接收管的统称，是一种自动检测常用的光电传感器。

红外接收管的导通电流随红外入射光强度的变化而变化。当发射管和接收管之间没有障碍物时，接收管的导通；当无红外光照射或者被障碍物遮挡时，红外接收管截止。

正是红外对管有上述特性，其常用于检测物体位置以及一些基本测速，但是其无法对高速运动物体进行红外检测。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统红外对管无法对高速运动物体进行红外检测问题，提供一种对高速运动物体进行红外检测的红外对管检测装置与系统。

一种红外对管检测装置，包括发射电路、接收电路、延时电路以及比较电路；

接收电路包括相互连接的偏置电阻组件与接收管，偏置电阻组件包括串联的至少2个电阻，接收管的负极与偏置电阻组件连接，接收管的正极接地；

发射电路发射红外光线，以使接收电路中接收管工作于线性区，延时电路的输入端连接于偏置电阻组件中2个电阻之间，比较电路的正向输入端与延时电路的输出端连接，比较电路的反向输入端与接收管的负极连接，比较电路的输出端输出红外检测信号。

本实用新型红外对管检测装置，包括发射电路、接收电路、延时电路以及比较电路，接收电路包括相互连接的偏置电阻组件与接收管，偏置电阻组件包括串联的至少2个电阻，发射电路发射红外光线，接收电路的接收管工作于线性区，接收管的负极与偏置电阻连接，接收管的正极接地，比较电路的正向输入端连接于偏置电阻组件中2个电阻之间，比较电路的反向输入端与接收管的负极连接，由于偏置电阻与延时电路的存在，当照射至接收管的红外线发生变化时，比较电路正向输入端与反向输入端之间存在延时电压差，即比较电路会输出与延时电压差对应的高电平或低电平，以准确检测是否有物体遮挡照射至接收管的红外线，从而实现对高速运动物体的红外检测。

另外，本实用新型还提供一种红外对管检测系统，包括MCU以及至少2个如上述的红外对管检测装置，MCU分别与各红外对管检测装置中比较电路的输出端连接。

本实用新型红外对管检测系统，包括MCU以及至少2个如上述的红外对管检测装置，多个红外对管检测装置中接收电路的接收管工作于线性区，接收管的负极与偏置电阻连接，接收管的正极接地，比较电路的正向输入端连接于偏置电阻组件中2个电阻之间，比较电路的反向输入端与接收管的负极连接，由于偏置电阻与延时电路的存在，当照射至接收管的红外线发生变化时，比较电路正向输入端与反向输入端之间存在延时电压差，即比较电路会输出与延时电压差对应的高电平或低电平，以准确检测是否有物体遮挡照射至接收管的红外线，从而实现对高速运动物体的红外检测。

附图说明

图1为常见的红外对管基本电路基本示意图；

图2为常见的红外接收管各个状态的输出信号示意图；

图3为本实用新型红外对管检测装置第一个实施例的结构示意图；

图4为本实用新型红外对管检测装置第二个实施例的电路原理示意图；

图5为本实用新型红外对管检测装置其中一个应用实例中输出信号波形示意图；

图6为本实用新型红外对管检测系统第一个实施例的结构示意图；

图7为本实用新型红外对管检测系统第二个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为详细解释本实用新型红外对管检测装置的技术方案及其基于的科学理论依据，下面将结合图1与图2，针对首先针对传统的红外对管进行解释，以详细说明红外对管的工作原理以及本实用新型红外对管检测装置显著的效果。

如图1所示，常见的红外对管基本电路，Rd是红外发射管IRLED的限流电阻，调整Rd可控制发射管的红外光发射强度。Rq是红外接收管Q1的偏置电阻， A点是接收管的输出信号，通常连接后级检测电路或者单片机使用。如图2所示，红外接收管各个状态的输出信号(即A点电压)当接收管没有红外光照射或者被障碍物遮挡时，接收管处于截止状态，电流极其微弱，此时A点电压基本等于VCC供电电压；当接收管接收的红外光辐射足够强时，将进入饱和区，此时接收管可以通过较大的电流，A点电压基本等于0；当红外光强度在一定的范围内，接收管会工作于线性区，此时A点压在0V和VCC电压范围内随红外光强度的增加而降低。此外，当红外光被物体瞬间遮挡时，A点电压只会形成幅度较小的脉冲信号，遮挡时间越短，此脉冲幅度变化越小。

目前，常见的红外接收管信号的检测方法有三种：第一种是直接把红外接收管的电信号连接至单片机识别高低逻辑电平，此方法要求红外发射管工作电流足够大，发出足够强的红外光使得接收管能够饱和导通，有障碍物遮挡时接收管要工作于截止状态，此方法应用条件比较苛刻，适用场合非常受限；第二种是把接收管的信号通过放大电路或者比较器电路转换成数字逻辑电平输出给单片机识别。此方法能够有效改善上一方法的不足，但是，多组对管工作时，由于每个接收管工作在现行区时的初始状态和受到瞬间遮挡时电压变化量存在一定差异，因此固定放大倍数的放大电路和固定电压阈值的电压比较器电路无法处理上述情况；第三种是使用A/D采样的方法检测接收管模拟电压信号的实时变化，只要接收管上有信号的变化，方可确定有无障碍物遮挡。但是红外对管数量较多时，对单片机的A/D资源要求较高，而且检测速率较低，无法检测高速移动的物体。

基于上述红外对管检测运动物体的基本原理以及存在缺陷，本实用新型提供如下一种红外对管检测装置，如图3所示，其包括发射电路110、接收电路120、延时电路130以及比较电路140；

接收电路120包括相互连接的偏置电阻组件122与接收管Q1，偏置电阻组件122包括串联的至少2个电阻，接收管Q1的负极与偏置电阻组件122连接，接收管Q1的正极接地；

发射电路110发射红外光线，以使接收电路120中接收管Q1工作于线性区，延时电路130的输入端连接于偏置电阻组件122中2个电阻之间，比较电路140 的正向输入端与延时电路130的输出端连接，比较电路140的反向输入端与接收管Q1的负极连接，比较电路140的输出端输出红外检测信号。

发射电路110用于发射红外线，发出的红外线照射接收电路120中的接收管Q1，不同强度的红外线照射可以是接收管Q1处于截止、饱和以及线性区的三个不同工作区，在这里，发射电路110调节自身发射红外线强度，以使受到该红外线照射的接收管Q1工作于线性区。如图4所示，在其中一个实施例中，发射电路110包括第一电阻R1和发射管IRLED，第一电阻R1的一端与外部电源连接，第一电阻R1的另一端与发射管IRLED的正极连接，发射管IRLED的负极接地，调节第一电阻R1的阻值即可调节发射管IRLED发出红外线的强度。

接收电路120用于接收发射电路110发射的红外线，并当接收到红外线强度有突变(存在物体遮挡)时产生并输出对应的电信号。接收电路120包括相互连接的偏置电阻组件122和接收管Q1，偏置电阻组件122包括串联的至少2 个电阻，接收管Q1的负极与偏置电阻组件122连接，接收管Q1的正极接地。比较电路140的正向输入端通过延时电路130连接于偏置电阻组件122中任意2 个电阻之间，比较电路140的反向输入端与接收管Q1的负极连接，即与偏置电阻组件122中最后一个电阻靠近接收管Q1的一端连接，这样比较电路140的正向输入端与反向输入端之间就必定存在至少个电阻，比较电路140的正向输入端与反向输入端之间必定存在一个电压差。如图4所示，在其中一个实施例中，偏置电阻组件122包括第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与接收管Q1的负极连接。在本实施例中，比较电路140的正向输入端连接于第二电阻R2与第三电阻R3之间，比较电路140的发现输入端连接于第三电阻R3与接收管Q1之间，比较电路140 的正向输入端与反向输入端之间存在第三电阻R3，即两端之间存在第三电阻R3 之上的电压差。

延时电路130用于产生延时信号，延时电路130一端连接于偏置电阻组件 122中2个电阻之间，延时电路130的另一端与比较电路140的正向输入端连接，输入至延时电路130的信号在延时处理之后输出至比较电路140的正向输入端。如图4所示，在其中一个实施例中，延时电路130包括第四电阻R4和电容C1，第四电阻R4的一端分别与第二电阻R2以及第三电阻R3连接，第四电阻R4的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地。

比较电路140用于比较其正向输入端与反向输入端的信号(电压)，根据正向输入端与反向输入端的电压差对应输出高低电平，即将电压差值转化采用高低电平表征，这样即使电压值微小也能准确表征出来，这个过程可以理解为从“定量”转化为“定性”的过程。如果之前，传统红外对管在对高速物体进行红外检测时，可能由于物体遮挡产生电压差小、时间极段导致无法进行检测，在这里，采用高低电平的方式准确表征红外线被物体遮挡的情况，无需考虑引起电压差值大小。如图4所示，在其中一个实施例中，比较电路140包括比较器和第五电阻R5，比较器的正向输入端分别与延时电路130以及第五电阻R5 的一端连接，比较器的反向输入端与接收电路120中接收管Q1的负极连接，比较器的输出端与第五电阻R5的另一端连接，第五电阻R5与比较器之间构成滞回比较器，使得输出信号稳定换相。更进一步的，比较电路140还包括第六电阻R6，第六电阻R6的一端与比较器的输出端连接，第六电阻R6的另一端与外部电源连接。第六电阻R6为上拉电阻，比较器可以选用LM339。

本实用新型红外对管检测装置，包括发射电路110、接收电路120、延时电路130以及比较电路140，接收电路120包括相互连接的偏置电阻组件122与接收管Q1，偏置电阻组件122包括串联的至少2个电阻，发射电路110发射红外光线，接收电路120的接收管Q1工作于线性区，接收管Q1的负极与偏置电阻连接，接收管Q1的正极接地，比较电路140的正向输入端连接于偏置电阻组件 122中2个电阻之间，比较电路140的反向输入端与接收管Q1的负极连接，由于偏置电阻与延时电路130的存在，当照射至接收管Q1的红外线发生变化时，比较电路140正向输入端与反向输入端之间存在延时电压差，即比较电路140 会输出与延时电压差对应的高电平或低电平，以准确检测是否有物体遮挡照射至接收管Q1的红外线，从而实现对高速运动物体的红外检测。

为更进一步详细解释本实用新型红外对管检测装置的技术方案，下面将采用一具体应用实例，并结合图4，详细说明。

如图4所示，在具体应用实例中，本实用新型红外对管检测装置包括发射电路110、接收电路120、延时电路130以及比较电路140，其中，发射电路110 包括第一电阻R1和发射管IRLED，接收电路120包括偏置电阻组件和接收管 Q1，偏置电阻组件包括串联的第二电阻R2和第三电阻R3，延时电路130包括第四电阻R4和电容C1，比较电路140包括比较器、第五电阻R5以及第六电阻 R6；

第一电阻R1的一端与电源VCC连接，第一电阻R1的另一端与发射管 IRLED的正极连接，发射管IRLED的负极接地；第二电阻R2的一端电源VCC 连接，第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与接收管Q1的负极连接，接收管Q1的正极接地；第四电阻R4的一端连接于第二电阻R2与第三电阻R3之间的A点，第四电阻R4的另一端与电容C1 的一端连接于比较器的正向输入端的C点，电容C1的另一端接地，比较器的反向输入端连接于第三电阻R3与接收管Q1负极之间的B点，第五电阻R5的一端比较器的正向输入端连接，第五电阻R5的另一端与比较器的输出端连接，第六电阻R6一端连接于比较器输出端的D点，第六电阻R6另一端与电源VCC 连接。

第一电阻R1对发射管IRLED进行限流，以使发射管IRLED发射的红外线强度照射接收管Q1后，接收管Q1处于线性工作区，偏置电阻组件中包括第二电阻R2和第三电阻R3，比较器正向输入端与反向输入端之间存在第三电阻R3 之上的电压差，并且正向输入端的信号(信号)经过延时电路130处理。在无遮挡时，即使不同的接收管B点的电压存在不一致性，也能保证A点电压略大于B点电压，把A点的信号连接至第四电阻R4和电容C组成的RC延时电路，接收管受红外光照强度不变情况下，C点电压约等于A点电压；当红外光照强度发生变化时，C点信号将滞后于A点电压信号的变化。B点和C点分别连接至比较器的负端输入和正端输入，当B点电压高于C电压时，比较器输出信号 D点输出0，C电压高于B电压时，D点输出1。第五电阻R5连接至的输出端 D点和正端输入C点，构成滞回比较器，使得输出信号稳定换相，另外，比较器可以选用LM339，其为漏极开路输出解构，因此在D点设置上拉电阻R6。

如图5所示，本实用新型红外对管检测装置的信号特性，图上分别为B、C、 D点的信号变化关系，当有物体遮挡时，即使是瞬间遮挡，本实用新型红外对管检测装置能快速响应，并且把信号转换成数字逻辑电平，本实用新型红外对管检测装置能检测出小于毫秒级别的遮挡时间，即使物体高速移动也能准确检测。

如图6所示，一种红外对管检测系统，包括MCU以及至少2个如上述的红外对管检测装置，MCU分别与各红外对管检测装置中比较电路的输出端连接。

本实用新型红外对管检测系统，包括MCU以及至少2个如上述的红外对管检测装置，多个红外对管检测装置中接收电路的接收管工作于线性区，接收管的负极与偏置电阻连接，接收管的正极接地，比较电路的正向输入端连接于偏置电阻组件中2个电阻之间，比较电路的反向输入端与接收管的负极连接，由于偏置电阻与延时电路的存在，当照射至接收管的红外线发生变化时，比较电路正向输入端与反向输入端之间存在延时电压差，即比较电路会输出与延时电压差对应的高电平或低电平，以准确检测是否有物体遮挡照射至接收管的红外线，从而实现对高速运动物体的红外检测。

如图7所示，在其中一个实施例中，本实用新型红外对管检测系统还包括 LED灯组，LED灯组中包括至少2个LED灯，LED灯的数量与红外对管检测装置的数量相同，各LED灯分别与MCU连接。

在本实施例中，本实用新型红外对管检测系统还包括LED灯组，在LED灯组中包括多个LED灯，LED灯的数量与红外对管检测装置的数量相同，即每个 LED灯与单个红外对管检测装置对应，LED通过闪/灭的方式来表征与其对应的红外对管检测装置是输出高/低电平，进一步的表征在其发射管与接收管的红外线路径上是否有物体遮挡。

如图7所示，在其中一个实施例中，本实用新型红外对管检测系统还包括电源，电源与MCU连接。

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

Claims (10)

1.一种红外对管检测装置，其特征在于，包括发射电路、接收电路、延时电路以及比较电路；

所述接收电路包括相互连接的偏置电阻组件与接收管，所述偏置电阻组件包括串联的至少2个电阻，所述接收管的负极与所述偏置电阻组件连接，所述接收管的正极接地；

所述发射电路发射红外光线，以使所述接收电路中所述接收管工作于线性区，所述延时电路的输入端连接于所述偏置电阻组件中2个电阻之间，所述比较电路的正向输入端与所述延时电路的输出端连接，所述比较电路的反向输入端与所述接收管的负极连接，所述比较电路的输出端输出红外检测信号。

2.根据权利要求1所述的红外对管检测装置，其特征在于，所述发射电路包括第一电阻和发射管，所述第一电阻的一端与外部电源连接，所述第一电阻的另一端与所述发射管的正极连接，所述发射管的负极接地。

3.根据权利要求1所述的红外对管检测装置，其特征在于，所述偏置电阻组件包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻的一端与外部电源连接，所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述接收管的负极连接。

4.根据权利要求3所述的红外对管检测装置，其特征在于，所述延时电路包括第四电阻与电容，所述第四电阻的一端分别与所述第二电阻以及所述第三电阻连接，所述第四电阻的另一端与所述电容的一端连接，所述电容的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的红外对管检测装置，其特征在于，所述比较电路包括比较器和第五电阻，所述比较器的正向输入端分别与所述延时电路以及所述第五电阻的一端连接，所述比较器的反向输入端与所述接收电路中接收管的负极连接，所述比较器的输出端与所述第五电阻的另一端连接。

6.根据权利要求5所述的红外对管检测装置，其特征在于，所述比较电路还包括第六电阻，所述第六电阻的一端与所述比较器的输出端连接，所述第六电阻的另一端与外部电源连接。

7.根据权利要求5所述的红外对管检测装置，其特征在于，所述比较器包括LM339型号的比较器。

8.一种红外对管检测系统，其特征在于，包括MCU以及至少2个如权利要求1-7中任意一项所述的红外对管检测装置，所述MCU分别与各所述红外对管检测装置中比较电路的输出端连接。

9.根据权利要求8所述的红外对管检测系统，其特征在于，还包括LED灯组，所述LED灯组中包括至少2个LED灯，所述LED灯的数量与所述红外对管检测装置的数量相同，各所述LED灯分别与所述MCU连接。

10.根据权利要求8所述的红外对管检测系统，其特征在于，还包括电源，所述电源与所述MCU连接。