CN212364587U - 一种反射式红外检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种反射式红外检测装置，包括：红外发射单元，用于接收控制器的第一驱动指令，并根据第一驱动指令发射红外信号至检测对象；红外接收单元，用于通过红外接收器件接收从检测对象反射回的红外信号，并将接收到的红外信号转化为电信号，将电信号传输至多级串联放大电路中，多级串联放大电路中的每一级放大电路对电信号放大处理后输出至下一级放大电路和控制器；控制器，用于接收多级串联放大电路中的每一级放大电路输出的信号，并对接收到的信号进行处理，并将处理结果生成第二驱动指令；驱动单元，用于接收控制器的第二驱动指令，驱动执行元件执行与第二驱动指令相对应的动作。

Description

一种反射式红外检测装置

技术领域

本实用新型涉及红外检测技术领域，尤其涉及一种反射式红外检测装置。

背景技术

反射式红外检测装置以其成本低廉、应用方便等特点广泛应用于自动皂液机、智能水龙头、小便斗、扫地机器人、电器设备人机界面等场合，用以检测手、身体、障碍物等检测对象接近还是远离检测装置以及接近或远离的速度，最大检测距离可从几厘米到数米。

如图1所示，反射式红外检测装置，通常包括红外发光二极管11和红外发射驱动电路12组成的红外发射单元1、红外接收器件21和信号放大电路22组成的红外接收单元2、包括存储单元31和AD转换单元32的控制器3和执行单元4，控制器3指令红外发射单元1发射出红外信号，红外接收单元2接收红外发射单元1所发射的检测对象5反射回的红外信号，放大、处理后送给控制器3；当在一定范围内，当检测对象5远离或接近检测装置时，所反射的红外发射单元1所发射的红外信号的光量随之减少或增大，红外接收单元2所产生的电信号也随之减小或增大，从而控制器3可依据红外接收单元2的输出信号的大小判断检测对象5距检测装置的距离，还可依据输出信号的变化判断检测对象5接近还是远离检测装置以及接近或远离的速度，并依据预定的算法驱动执行单元4执行特定的动作。

红外接收器件21一般为光敏二极管(PD)或光敏三极管(PT)或光敏电阻(PTR)，用于把反射光量转换为电信号，随着检测对象5距检测装置距离的变化，反射光量随之变化，红外接收器件21输出电信号的大小也随之变化；红外接收器件21；信号放大电路22为放大器，用于把红外接收器件21产生的电信号放大到控制器3可以识别处理的电信号，放大器的增益需要和红外接收器件21的输出相匹配。

如图2所示的信号放大电路22为一固定增益放大器，放大器增益不可过大，避免红外接收器件21输出信号较大时，信号放大电路22工作在饱和状态，也就无法识别信号的变化幅度和方向；当红外接收器件21输出给控制器3的信号较小或信号变动较小时，放大电路22的输出幅值较小或变动幅度较小，小到一定程度时，控制器3无法识别幅值或幅值变化，就成为红外检测装置可检测的最大距离和检测精度。

如图3所示的信号放大电路22为一可变增益的放大器，可增大检测距离、改善检测精度，控制器根据放大器A2输出信号的大小，控制开关k1、k2、k3的通断来调整放大器A2反馈电阻，从而调整放大器A2的增益大小，但由于控制器先需要至少读取一次放大器A2的输出，做出反馈电阻方案，再通过继电器k1、k2、k3来调整反馈电阻，整个过程需要一定的时间，会带来红外检测装置的检测速度的降低。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种反射式红外检测装置。

为了实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种反射式红外检测装置，包括红外发射单元、红外接收单元、控制器以及驱动电路；所述控制器分别与红外发射单元、红外接收单元、驱动单元连接；所述红外接收单元包括红外接收器件和多级串联放大电路；所述红外接收器件和多级串联放大电路连接；所述多级串联放大电路中的每级放大电路均与控制器连接；

红外发射单元，用于接收控制器的第一驱动指令，并根据第一驱动指令发射红外信号至检测对象；

红外接收单元，用于通过红外接收器件接收从检测对象反射回的红外信号，并将接收到的红外信号转化为电信号，将电信号传输至多级串联放大电路中，多级串联放大电路中的每一级放大电路对电信号放大处理后输出至下一级放大电路和控制器；

控制器，用于接收多级串联放大电路中的每一级放大电路输出的信号，并对接收到的信号进行处理，并将处理结果生成第二驱动指令；

驱动单元，用于接收控制器的第二驱动指令，驱动执行元件执行与第二驱动指令相对应的动作。

进一步的，所述控制器包括AD转换单元，所述AD转换单元用于将红外接收单元输出的电信号转换为数字信号。

进一步的，所述多级串联放大电路中的每级放大电路均是与控制器的AD转换单元连接的。

进一步的，所述红外发射单元包括红外发光二极管和红外发射驱动电路；

红外发射驱动电路，用于接收控制器的第一驱动指令，为红外发射二极管提供电流信号；

红外发光二极管，与所述红外发射驱动电路连接，用于发射红外信号。

进一步的，所述多级串联放大电路中的每一级放大电路对电信号放大处理后输出，其中输出的信号包括信号幅值。

进一步的，所述控制器对接收到的信号进行处理的处理方式包括控制器对接收到的信号的幅值进行归一化处理。

进一步的，所述控制器还用于将进行处理后的信号传输至上位机。

进一步的，所述控制器还包括存储器，所述存储器用于存储运行所需的程序和数据。

与现有技术相比，本实用新型基本不影响检测速度的情况下，增大红外检测装置的最大检测距离和检测精度，拓宽了红外检测装置的应用领域。

附图说明

图1是背景技术提供的反射式红外检测装置原理框图；

图2是背景技术提供的信号放大电路结构示意图；

图3是背景技术提供的信号放大电路示意图；

图4是实施例一提供的一种反射式红外检测装置结构图；

图5是实施例二提供的一种反射式红外检测方法流程图；

其中，6.红外发射单元；61.红外发光二极管；62.红外发射驱动电路；7.红外接收单元；71.红外接收器件；72.多级串联放大电路；8.控制器；81.AD转换单元；82.存储器；9.驱动单元；10.检测对象。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种反射式红外检测装置。

实施例一

本实施例提供一种反射式红外检测装置，包括红外发射单元、红外接收单元、控制器以及驱动电路；所述控制器分别与红外发射单元、红外接收单元、驱动单元连接；所述红外接收单元包括红外接收器件和多级串联放大电路；所述红外接收器件和多级串联放大电路连接；所述多级串联放大电路中的每级放大电路均与控制器连接；

红外发射单元，用于接收控制器的第一驱动指令，并根据第一驱动指令发射红外信号至检测对象；

红外接收单元，用于通过红外接收器件接收从检测对象反射回的红外信号，并将接收到的红外信号转化为电信号，将电信号传输至多级串联放大电路中，多级串联放大电路中的每一级放大电路对电信号放大处理后输出至下一级放大电路和控制器；

控制器，用于接收多级串联放大电路中的每一级放大电路输出的信号，并对接收到的信号进行处理，并将处理结果生成第二驱动指令；

驱动单元，用于接收控制器的第二驱动指令，驱动执行元件执行与第二驱动指令相对应的动作。

本实施实施例的控制器包括AD转换单元，该控制器是本装置的控制中心。

如图4所示，本实施例以多级串联电路放大电路为3级为例具体说明，但是需要说明的是多级串联电路放大电路不仅限于本实施例提供的3级，其可根据实际情况设置。

反射式红外检测装置包括红外发射单元6、红外接收单元7、控制器8以及驱动单元9。

红外发射单元6包括红外发光二极管61和红外发射驱动电路62，红外发射单元6受控制器8驱动，发射红外信号。

具体为：红外发射驱动电路62，用于接收控制器8的第一驱动指令，为红外发射二极管61提供电流信号；

红外发光二极管61，与红外发射驱动电路62连接，用于发射红外信号。

红外接收单元7包括红外接收器件71和多级串联放大电路72，本实施例中，红外接收器件71为红外光敏二极管，多级串联电路放大电路72为三级放大器A3、A4、A5串联组成；放大器A3分别与放大器A4、控制器8的AD转换单元81连接；放大器A4分别与放大器A5、控制器8的AD转换单元81连接；放大器A5与控制器8的SD转换单元81连接。

放大器A3的增益为Gn1，其输出的A1O分别输入与其相连的与放大器A4和控制器8的AD转换单元81中；放大器A4的增益为Gn2，其输出的A2O分别输入与其相连的与放大器A5和控制器8的AD转换单元81中；放大器A5的增益为Gn3，其输出的A3O输入与其相连的控制器8的AD转换单元81中。

控制器8包括AD转换单元81，控制器8发出驱动指令驱动红外发射单元6发射红外信号至检测对象10，红外接收单元7的红外接收器件71接收从检测对象10反射回的红外信号，并将的接收到的红外信号转化为电信号后传输至多级串联放大电路72，多级串联放大电路72中放大器A3对信号放大处理后输出给放大器A4和控制器8的AD转换单元81，放大器A4对放大器A3发送的信号放大处理后输出给放大器A5和控制器8的AD转换单元81，放大器A5对放大器A4信号放大处理后输出给控制器8的AD转换单元81，控制器8依据所输入的放大电路A3、A4、A5的输出信号做出判断和处理，指令驱动单元9执行特定动作。

在本实施例中，控制器对接收到的信号进行处理是通过控制器对接收到的信号的幅值进行归一化处理，采用归一化的目的是对数据的处理。此外采用归一化处理具体为采用归一化的概念，实际采用的处理方式为除权，也就是把每一个输出幅值除以其对应的增益值，从而使各输出幅值在同一增益值下进行比较。

本实施例还包括对归一化处理后的数据进一步做算法处理，才能得出检测对象的有无、检测对象距离检测装置的距离、运动方向、运动速度。但是需要说明的是，采用何种算法本实施例不做限定，均可采用现有技术中的算法实现。

控制器8还用于将进行处理后的信号传输至上位机的MCU芯片(图中未示出)。

控制器8还包括存储器82，用于存储运行所需的程序和数据。

驱动单元9，和控制器8相连，接收控制器8的指令，驱动执行元件执行特定的动作。

需要指出的，多级串联放大电路72的级数、每级放大电路的增益以及多级串联放大电路的总增益，也就是各级放大器增益的乘积，需依据所需最大检测距离和检测精度合理设定；在给定的红外发射单元6和红外光敏二极管71的情况下，依据所需最大检测距离测算出红外光敏二极管71所产生的电流信号大小，从而计算出所需要的多级放大器的总增益；再依据检测精度需求确定多级放大器的级数以及每一级放大器的增益。

与现有技术相比，本实施例基本不影响检测速度的情况下，增大红外检测装置的最大检测距离和检测精度，拓宽了红外检测装置的应用领域。

实施例二

本实施例提供的一种反射式红外检测方法，如图5所示，包括步骤：

S11.通过第一驱动指令驱动红外发射单元发射红外信号至检测对象；

S12.红外接收单元接收从检测对象反射回的红外信号，并将接收到的红外信号转化为电信号传输至多级串联放大电路，级串联放大电路中的每一级放大电路对电信号放大处理后输出至下一级放大电路和控制器；

S13.接收多级串联放大电路中的每一级放大电路输出的信号，并选择其中一级放大电路的输出信号作为当前有效的输出信号，记录该输出信号的幅值和该级放大电路所对应的增益值；

S14.继续执行步骤S11-S13，得到多组输出信号的幅值以及与输出信号相对应的该级放大电路所对应的增益值；

S15.对得到的多组输出信号幅值做归一化处理；

S16.根据多组归一化的输出信号幅值识别检测对象的有无、相对红外反射装置的距离、运动方向和运动速度等信息；

S17.根据第二驱动指令驱动单元执行与第二驱动指令相对应的动作。

需要说明的是，本实施例的执行主体为控制器，其电路连接关系与实施例一类似，在此不多做赘述。

步骤S13具体为：控制器接收多级串联放大电路中的每一级放大电路输出的信号，并选择合适的某一级放大电路的输出信号作为当前有效的输出信号，记录该输出信号的幅值和该级放大电路所对应的增益值(Vp1,Gv1)，并将该增益值在存储单元中。需要说明的是，信号幅值是通过放大电路输出的。而该级放大电路所对应的增益值由硬件决定，也就是在设计多级放大器时所确定。

其中选择合适的某一级放大电路的输出信号作为当前有效的输出信号是控制器依据各级放大电路输出幅值的大小、信噪比来选定当前输出信号，本实施例中，以A3、A4、A5的输出幅值大小来选定，即在输出没有饱和的放大电路中，选择输出幅值较大的放大电路的输出为当前输出信号。

步骤S14具体为：持续执行步骤S11-S013，控制器得到n组输出信号的幅值以及与输出信号相对应的该级放大电路所对应的增益值[(Vp1，Gv1)，(Vp2，Gv2)……(Vpn，Gvn)]。

步骤S13、S14中该级放大电路所对应的增益值具体为包括该级放大电路及该级放大电路之前的所有放大电路的增益值之积，如放大器A4对应的增益值为放大器A3的增益Gn1和放大器A4的增益Gn2的乘积。

步骤S15具体为：控制器对得到的n组输出信号幅值做归一化处理，即去除增益的影响，本实施例使用幅值直接除以增益，得到多组归一化后的输出信号幅值(Vp1/Gv1，Vp2/Gv2，……Vpn/Gvn)，输出信号幅值具有了可比性；n的大小依据实际应用确定。

在本实施例中，采用归一化处理具体为采用归一化的概念，实际采用的处理方式为除权，也就是把每一个输出幅值除以其对应的增益值，从而使各输出幅值在同一增益值下进行比较。

步骤S16具体为：控制器依据n组归一化的输出信号幅值(Vp1/Gv1，Vp2/Gv2，……Vpn/Gvn)识别检测对象的有无、相对红外反射装置的距离、运动方向和运动速度等信息。

与现有技术相比，本实用新型基本不影响检测速度的情况下，增大红外检测装置的最大检测距离和检测精度，拓宽了红外检测装置的应用领域。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种反射式红外检测装置，其特征在于，包括红外发射单元、红外接收单元、控制器以及驱动电路；所述控制器分别与红外发射单元、红外接收单元、驱动单元连接；所述红外接收单元包括红外接收器件和多级串联放大电路；所述红外接收器件和多级串联放大电路连接；所述多级串联放大电路中的每级放大电路均与控制器连接；

红外发射单元，用于接收控制器的第一驱动指令，并根据第一驱动指令发射红外信号至检测对象；

红外接收单元，用于通过红外接收器件接收从检测对象反射回的红外信号，并将接收到的红外信号转化为电信号，将电信号传输至多级串联放大电路中，多级串联放大电路中的每一级放大电路对电信号放大处理后输出至下一级放大电路和控制器；

控制器，用于接收多级串联放大电路中的每一级放大电路输出的信号，并对接收到的信号进行处理，并将处理结果生成第二驱动指令；

驱动单元，用于接收控制器的第二驱动指令，驱动执行元件执行与第二驱动指令相对应的动作。

2.根据权利要求1所述的一种反射式红外检测装置，其特征在于，所述控制器包括AD转换单元，所述AD转换单元用于将红外接收单元输出的电信号转换为数字信号。

3.根据权利要求2所述的一种反射式红外检测装置，其特征在于，所述多级串联放大电路中的每级放大电路均是与控制器的AD转换单元连接的。

4.根据权利要求1所述的一种反射式红外检测装置，其特征在于，所述红外发射单元包括红外发光二极管和红外发射驱动电路；

红外发射驱动电路，用于接收控制器的第一驱动指令，为红外发射二极管提供电流信号；

红外发光二极管，与所述红外发射驱动电路连接，用于发射红外信号。

5.根据权利要求3所述的一种反射式红外检测装置，其特征在于，所述多级串联放大电路中的每一级放大电路对电信号放大处理后输出，其中输出的信号包括信号幅值。

6.根据权利要求5所述的一种反射式红外检测装置，其特征在于，所述控制器对接收到的信号进行处理的处理方式包括控制器对接收到的信号的幅值进行归一化处理。

7.根据权利要求1所述的一种反射式红外检测装置，其特征在于，所述控制器还用于将进行处理后的信号传输至上位机。

8.根据权利要求6所述的一种反射式红外检测装置，其特征在于，所述控制器还包括存储器，所述存储器用于存储运行所需的程序和数据。

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