CN211234464U - 一种光栅装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种光栅装置，涉及电子器械技术领域。该光栅装置包括光栅发射电路、光栅接收电路和处理电路，所述处理电路分别与所述光栅发射电路、所述光栅接收电路连接，所述光栅发射电路包括至少两个发射器，所述光栅发射电路用于接收所述处理电路发送的第一串行信号，将所述第一串行信号转换为第一并行信号并发送至至少两个所述发射器，以发射电磁波至所述光栅接收电路；所述光栅接收电路包括至少两个接收器，所述接收器与所述发射器一一对应，用于接收所述电磁波并生成第二并行信号，所述光栅接收电路将所述第二并行信号转换为第二串行信号并发送至所述处理电路。该光栅装置可实现降低成本、提高可靠性的技术效果。

Description

一种光栅装置

技术领域

本申请涉及电子器械技术领域，具体而言，涉及一种光栅装置。

背景技术

目前，现有的红外光栅传感器通过多个对射光电开关传感器的应用，来实现人行道闸被物体挡住而传递开关量信号的效果；但是这种方式大量使用对射光电开关传感器会导致控制处理器的IO通讯接口增多，成本随之增高；而且，多个光电开关传感器在应用时，电路接线多、繁琐，抗干扰能力弱。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种光栅装置，该光栅装置可实现降低成本、提高可靠性的技术效果。

本申请实施例提供了一种光栅装置，包括光栅发射电路、光栅接收电路和处理电路，所述处理电路分别与所述光栅发射电路、所述光栅接收电路连接，所述光栅发射电路包括至少两个发射器，所述光栅发射电路用于接收所述处理电路发送的第一串行信号，将所述第一串行信号转换为第一并行信号并发送至至少两个所述发射器，以发射电磁波至所述光栅接收电路；所述光栅接收电路包括至少两个接收器，所述接收器与所述发射器一一对应，用于接收所述电磁波并生成第二并行信号，所述光栅接收电路将所述第二并行信号转换为第二串行信号并发送至所述处理电路。

在上述实现过程中，该光栅装置通过光栅发射电路中的发射器和光栅接收电路中的接收器组合成光栅收发传感系统，并通过处理电路驱动光栅收发传感系统的运行，实现数字信号的并行和串行之间的串口通信。该光栅装置与传统的光电开关传感器相比，该光栅装置通过数字信号串口通信，一方面使电路功耗更低，从而降低成本；另一方面，提升电路抗电磁干扰的能力，从而提高可靠性。

进一步地，所述光栅发射电路还包括位移缓存器，所述位移缓存器的输入端口与所述处理电路连接，用于接收所述第一串行信号；所述位移缓存器的输出端口与至少两个所述发射器连接，用于发送所述第一并行信号至至少两个所述发射器。

在上述实现过程中，位移缓存器可实现串行输入、并行输出的功能，即与处理电路串行连接、与多个发射器并行连接，从而实现减少处理电路接口，简化电路并降低成本。

进一步地，所述位移缓存器通过串行接口与所述处理电路连接，通过并行接口与至少两个所述发射器连接。

在上述实现过程中，位移缓存器通过串行接口与处理电路连接，接收第一串行信号，并将串行信号转换为第一并行信号；通过并行接口将第一并行信号发送至至少两个发射器。通过上述方式，实现了串行与并行之间的信号切换。

进一步地，所述光栅发射电路还包括第一电容、第二电容，所述第一电容的一端连接电源和所述位移缓存器，另一端接地；所述第二电容的一端连接电源和所述位移缓存器，另一端接地。

在上述实现过程中，第一电容和第二电容并联，作为滤波电容过滤电压波动的干扰、电阻为上拉电阻。

进一步地，所述光栅接收电路还包括移位寄存器，所述移位寄存器的输入端口与至少两个所述接收器连接，用于接收所述第二并行信号；所述移位寄存器的输出端口与所述处理电路连接，用于发送所述第二串行接口至所述处理电路。

在上述实现过程中，移位寄存器可实现并行输入、串行输出的功能，即与处理电路串行连接、与多个接收器并行连接，从而实现减少处理电路接口，简化电路并降低成本。

进一步地，所述移位寄存器通过串行接口与所述处理电路连接，通过并行接口与至少两个所述接收器连接。

在上述实现过程中，移位寄存器通过并行接口与多个接收器连接，接收第二并行信号，并将第二并行信号转换为第二串行信号；移位寄存器通过串行接口与处理电路连接，向处理电路发送第二串行信号。

进一步地，所述光栅接收电路还包括第三电容、第四电容和电阻，所述第三电容的一端连接电源，另一端接地；所述第四电容的一端连接电源，另一端接地；所述电阻的一端连接电源，另一端连接所述移位寄存器。

在上述实现过程中，第三电容和第四电容并联，作为滤波电容，滤除电压波动的干扰；电阻为上拉电阻。

进一步地，所述发射器为红外发射器，所述接收器为红外接收器，所述红外发射器与所述红外接收器之间一一对应。

在上述实现过程中，红外发射器和红外接收器组成一个红外光栅收发系统，通过红外光实现光栅功能。

进一步地，所述处理电路分别通过SPI接口与所述光栅发射电路、所述光栅接收电路连接。

在上述实现过程中，SPI接口SPI为串行外设接口，是一种高速、全双工、同步的通信总线，在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为电路板的布局上节省空间。

进一步地，所述装置还包括电源电路，所述电源电路分别与所述光栅发射电路、所述光栅接收电路和所述处理电路连接，用于给所述光栅发射电路、所述光栅接收电路和所述处理电路供电。

在上述实现过程中，通过电源电路为光栅发射电路、光栅接收电路和处理电路供电。

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光栅装置的示意性框图；

图2为本申请实施例提供的一种移位寄存器的电路图；

图3a-图3h分别为本申请实施例提供的一种接收器的电路图；

图4为本申请实施例提供的一种位移缓存器的电路图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

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。

本申请实施例提供的一种光栅装置，可应用于各种开关、探测、报警等系统，例如人行道闸的开关控制系统中；该光栅装置通过光栅发射电路中的发射器和光栅接收电路中的接收器组合成光栅收发传感系统，并通过处理电路驱动光栅收发传感系统的运行，实现数字信号的并行和串行之间的串口通信。该光栅装置与传统的光电开关传感器相比，该光栅装置通过数字信号串口通信，一方面使电路功耗更低，从而降低成本；另一方面，提升电路抗电磁干扰的能力，从而提高可靠性。

请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种光栅装置的示意性框图，该光栅装置包括光栅发射电路10、光栅接收电路20和处理电路30。

示例性地，处理电路30分别与光栅发射电路10、光栅接收电路20连接。

示例性地，处理电路30包括单片机(Single-Chip Microcomputer)。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(还可以包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。在该光栅装置中，处理电路30的单片机可以发送第一串行信号至光栅发射模块10，从而驱动光栅发射模块发射电磁波；还可以接收由光栅接收模块20发送的第二串行信号，并对第二串行信号进行分析和处理，从而了解光栅接收模块20的运行状态。

示例性地，光栅发射电路10包括至少两个发射器，光栅发射电路10用于接收处理电路30发送的第一串行信号，将第一串行信号转换为第一并行信号并发送至至少两个发射器，以发射电磁波至光栅接收电路20。

示例性地，光栅发射电路10中的发射器可以发射电磁波；光栅发射电路10在接收到由处理电路30发送的第一串行信号后，将第一串行信号转换为第一并行信号，通过第一并行信号导通或截至发射器，从而根据第一串行信号控制光栅发射电路10中的发射器的运行。

在一些实施方式中，发射器为一种红外发光二极管，在红外光电二极管导通的情况下，可发射出红外线。

示例性地，红外线发光二极管由红外辐射效率高的材料制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830～950nm，半峰带宽约40nm左右。其最大的优点是可以完全无红暴，(采用940～950nm波长红外管)或仅有微弱红暴(红暴为有可见红光)而延长使用寿命。

在一些实施方式中，光栅发射电路10还包括位移缓存器，位移缓存器的输入端口与处理电路30连接，用于接收第一串行信号；位移缓存器的输出端口与至少两个发射器连接，用于发送第一并行信号至至少两个发射器。

在一些实施方式中，光栅发射电路10包括八个发射器；位移缓存器采用74HC595系列型号，可以实现串行输入、八位并行输出。示例性地，光栅发射电路10中的八个发射器与位移缓存器的八个并行输出端口一一对应连接。

在一些实施方式中，位移缓存器通过串行接口与处理电路30连接，通过并行接口与至少两个发射器连接。

示例性地，光栅接收电路20包括至少两个接收器，接收器与发射器一一对应，用于接收电磁波并生成第二并行信号，光栅接收电路20将第二并行信号转换为第二串行信号并发送至处理电路30。

示例性地，光栅接收电路20中的接收器与光栅发射电路10中的发射器一一对应，可接收电磁波并生成第二并行信号；作为示例，光栅接收电路20中的接收器的数量与光栅发射电路10中的发射器相同且一一对应，即光栅接收电路20中的接收器仅接收对应的光栅发射电路10中的发射器的电磁波，并生成第二并行信号。光栅接收电路20中将至少两个接收器的第二并行信号转换为第二串行信号后，将第二串行信号发送至处理电路20进行分析和处理。

在一些实施方式中，光栅发射电路10中的接收器为红外接收器，例如，为红外光敏二极管，可将红外光转换为电信号。

示例性地，光敏二极管又称光电二极管，其与普通半导体二极管在结构上相似。一般地，在光敏二极管的管壳上有一个能射入光线的玻璃透镜，入射光通过透镜正好照射在管芯上；光敏二极管的管芯是一个具有光敏特性的PN结，封装在管壳内；光敏二极管的管芯的光敏面可通过扩散工艺在N型单晶硅上形成的一层薄膜；光敏二极管的管芯以及管芯上的PN结面积做得较大，而管芯上的电极面积做得较小，PN结的结深比普通半导体二极管做得浅，这些结构上的特点有利于提高光电转换的能力。

在一些实施方式中，光栅接收电路20还包括移位寄存器，移位寄存器的输入端口与至少两个接收器连接，用于接收第二并行信号；移位寄存器的输出端口与处理电路30连接，用于发送第二串行接口至处理电路30。

在一些实施方式中，光栅接收电路10包括八个接收器；移位寄存器采用74HC165系列型号，可以实现八位同步并行输入、异步串行输出。示例性地，位移缓存器的八个并行输入端口与光栅接收电路20中的八个接收器一一对应连接，位移缓存器的串行输出端口与处理电路30连接。

在一些实施方式中，移位寄存器通过串行接口与处理电路30连接，通过并行接口与至少两个接收器连接。

在一些实施方式中，处理电路30分别通过SPI接口与所述光栅发射电路10、光栅接收电路20连接。SPI接口SPI为串行外设接口，是一种高速、全双工、同步的通信总线，在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为电路板的布局上节省空间。

在一些实施方式中，该光栅装置还包括电源电路，电源电路分别与光栅发射电路、光栅接收电路和处理电路连接，用于给光栅发射电路、光栅接收电路和处理电路供电。

请参见图2，图2为本申请实施例提供的一种移位寄存器的电路图。

示例性地，移位寄存器U11为74HC165系列型号的移位寄存器，可实现八位同步并行输入、异步串行输出。其中，移位寄存器74HC165的端口A至H为并行输入端口，分别连接八个接收器；端口MISO为串行输出端口，连接处理电路30。

示例性地，光栅接收电路20还包括第三电容C9、第四电容C10和电阻R12，第三电容C9的一端连接电源，另一端接地；第四电容C10的一端连接电源，另一端接地；电阻R12的一端连接电源，另一端连接移位寄存器U11。其中第三电容C9和第四电容C10并联，作为滤波电容；电阻R12为上拉电阻。通过上述方式，从而使电源给移位寄存器供电。

请参见图3a-图3h，图3a-图3h为本申请实施例提供的一种接收器的电路图。

示例性地，图3a-图3h中包括八个接收器，具体地，为红外接收器。作为示例，红外接收器U5的电源端VCC连接5V电源，接地端GND接地，输出端OUT连接移位寄存器。红外接收器U5的5V电源链接有滤波电容C18，过滤交流干扰。

应理解，红外接收器U2、红外接收器U4、红外接收器U6、红外接收器U7、红外接收器U8、红外接收器U9、红外接收器U10的连接状态与红外接收器U5的连接状态相似，为避免重复，此处不再赘述。

请参见图4，图4为本申请实施例提供的一种位移缓存器的电路图。

示例性地，位移缓存器U2为74HC595系列型号的位移缓存器，可实现串行输入、八位并行输出。其中，位移缓存器U2的端口Q0至Q7为并行输出端口，分别连接八个发射器。

示例性地，光栅发射电路10还包括第一电容C9、第二电容C10，第一电容C9的一端连接电源和位移缓存器，另一端接地；第二电容C10的一端连接电源和位移缓存器，另一端接地。其中第三电容C9和第四电容C10并联，作为滤波电容；通过上述方式，从而使电源给位移缓存器供电。

示例性地，八个发射器D4至D11为红外发射器，例如，为红外发光二极管。作为示例，发射器D4的一端通过电阻R12连接电源，另一端连接位移缓存器U2的并行输出端口，从而通过位移缓存器U2控制发射器D4的导通和截止，控制发射器D4发射红外光。

应理解，发射器D5至D11的连接状态与发射器D4的连接状态相似，为避免重复，此处不再赘述。

在一些实施场景中，该光栅装置通过处理电路30驱动光栅发射电路10和光栅接收电路20的运行，实现数字信号串口通信；当光栅发射电路10和光栅接收电路20之间形成的光栅之间有物体通过时，光栅发射电路10发射的电磁波被阻挡，光栅接收电路20接收不到电磁波，从而使处理电路30知道有否物体遮挡光栅，实现该光栅装置的开关功能。

在一些实施场景中，该光栅装置包括红外光栅接收器和红外光栅发射器，其中红外光栅接收器可实现并行输入、串行输出，即移位寄存器与多个接收器之间并行连接、与处理电路30之间串行连接；红外光栅发射器可实现串行输入、并行输出，即位移缓存器与多个发射器之间并行连接，与处理电路30之间串行连接；通过上述方式，使该光栅装置的电路涉及合理，且无需进行信号调制。同时，其电路功耗比传统关电开关传感器减少了十几倍。单片机可控制、过滤处理不明干扰，提高其传感功能的可靠性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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。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。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种光栅装置，其特征在于，包括光栅发射电路、光栅接收电路和处理电路，所述处理电路分别与所述光栅发射电路、所述光栅接收电路连接，

所述光栅发射电路包括至少两个发射器，所述光栅发射电路用于接收所述处理电路发送的第一串行信号，将所述第一串行信号转换为第一并行信号并发送至至少两个所述发射器，以发射电磁波至所述光栅接收电路；

所述光栅接收电路包括至少两个接收器，所述接收器与所述发射器一一对应，用于接收所述电磁波并生成第二并行信号，所述光栅接收电路将所述第二并行信号转换为第二串行信号并发送至所述处理电路。

2.根据权利要求1所述的光栅装置，其特征在于，所述光栅发射电路还包括位移缓存器，所述位移缓存器的输入端口与所述处理电路连接，用于接收所述第一串行信号；所述位移缓存器的输出端口与至少两个所述发射器连接，用于发送所述第一并行信号至至少两个所述发射器。

3.根据权利要求2所述的光栅装置，其特征在于，所述位移缓存器通过串行接口与所述处理电路连接，通过并行接口与至少两个所述发射器连接。

4.根据权利要求3所述的光栅装置，其特征在于，所述光栅发射电路还包括第一电容、第二电容，所述第一电容的一端连接电源和所述位移缓存器，另一端接地；所述第二电容的一端连接电源和所述位移缓存器，另一端接地。

5.根据权利要求1所述的光栅装置，其特征在于，所述光栅接收电路还包括移位寄存器，所述移位寄存器的输入端口与至少两个所述接收器连接，用于接收所述第二并行信号；所述移位寄存器的输出端口与所述处理电路连接，用于发送所述第二串行信号至所述处理电路。

6.根据权利要求5所述的光栅装置，其特征在于，所述移位寄存器通过串行接口与所述处理电路连接，通过并行接口与至少两个所述接收器连接。

7.根据权利要求6所述的光栅装置，其特征在于，所述光栅接收电路还包括第三电容、第四电容和电阻，所述第三电容的一端连接电源，另一端接地；所述第四电容的一端连接电源，另一端接地；所述电阻的一端连接电源，另一端连接所述移位寄存器。

8.根据权利要求1所述的光栅装置，其特征在于，所述发射器为红外发射器，所述接收器为红外接收器，所述红外发射器与所述红外接收器之间一一对应。

9.根据权利要求1所述的光栅装置，其特征在于，所述处理电路分别通过SPI接口与所述光栅发射电路、所述光栅接收电路连接。

10.根据权利要求1所述的光栅装置，其特征在于，所述装置还包括电源电路，所述电源电路分别与所述光栅发射电路、所述光栅接收电路和所述处理电路连接，用于给所述光栅发射电路、所述光栅接收电路和所述处理电路供电。

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