CN215065981U - 一种红外粉尘检测电路和吸尘器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种红外粉尘检测电路和吸尘器，该电路包括红外发射电路、红外接收电路、驱动电路以及控制器，其中，红外发射电路与驱动电路的输出端连接，驱动电路的输入端与红外接收电路的第一端连接，红外接收电路的第一端还与控制器连接，红外发射电路发射红外光，红外接收电路接收该红外光，若红外发射电路和红外接收电路之间无粉尘时，控制器采集红外接收电路的第一端的工作电压，当红外发射电路和红外接收电路之间有粉尘时，该粉尘颗粒会对红外光产生遮挡，进而使得红外接收电路的第一端的工作电压产生变化，控制器通过工作电压的变化，可精准获取粉尘浓度的变化，从而减小粉尘浓度的采样误差，且该电路结构简单，电路成本较低。

Description

一种红外粉尘检测电路和吸尘器

技术领域

本实用新型涉及粉尘检测领域，特别是涉及一种红外粉尘检测电路和吸尘器。

背景技术

目前，随着智能电器的发展，吸尘器走入越来越多的家庭中，其不断改变着人们的工作与生活方式，更是对人们的生活产生重要影响。吸尘器是利用电动机带动叶片高速旋转，在密封的壳体内产生空气负压，吸取尘屑，随着清扫的增加，其内部的粉尘浓度对吸尘器的工作产生很大影响。

传统的红外粉尘检测电路中，一般是采用激光模块散发激光，利用光学散射的原理，对粉尘颗粒物浓度进行判别。但该传统的红外粉尘检测电路因采用激光模块而导致检测成本较高，且在吸尘器产品振动时，会产生较大的采样误差。

实用新型内容

本实用新型实施例旨在提供一种红外粉尘检测电路和吸尘器，其能够对粉尘浓度进行精准采样，减小采样误差，降低电路成本。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

在第一方面，本实用新型实施例提供一种红外粉尘检测电路，应用于吸尘器，所述红外粉尘检测电路包括：红外发射电路、红外接收电路、驱动电路以及控制器；

所述红外发射电路与所述驱动电路的输出端连接，用于发射红外光；

所述驱动电路的输入端与所述红外接收电路的第一端连接，用于驱动所述红外发射电路；

所述红外接收电路的第一端还与所述控制器连接，所述红外接收电路的第二端与第一电源连接，所述红外接收电路的第三端接地，用于接收所述红外光；以及，

所述控制器用于采集所述红外接收电路的第一端的工作电压，以检测所述红外发射电路和所述红外接收电路之间的粉尘。

在一些实施例中，所述红外发射电路包括红外发射管；

所述红外发射管的发光二极管的阳极连接所述驱动电路的输出端，所述红外发射管的发光二极管的阴极接地。

在一些实施例中，所述红外发射电路还包括开关模块；

所述开关模块的第一端与所述第一电源连接，所述开关模块的第二端与所述红外发射管的发光二极管的阳极连接，所述开关模块的控制端与所述驱动电路的输出端连接，用于控制所述第一电源与所述红外发射管的发光二极管的连接状态。

在一些实施例中，所述开关模块包括三极管，所述三极管的集电极与所述第一电源连接，所述三极管的发射极与所述红外发射管的发光二极管的阳极连接，所述三极管的基极与所述驱动电路的输出端连接。

在一些实施例中，所述红外发射电路还包括第一钳位电路；

所述第一钳位电路分别与所述红外发射管的发光二极管的阳极和所述开关模块的第二端连接，用于释放静电。

在一些实施例中，所述驱动电路包括运算放大电路；

所述运算放大电路的输出端与所述红外发射电路连接，所述运算放大电路的第一输入端用于接收基准电压，所述运算放大电路的第二输入端与所述红外接收电路的第一端连接，用于对所述红外接收电路的第一端的工作电压和所述基准电压进行比较，并输出驱动信号。

在一些实施例中，所述驱动电路还包括分压电路；

所述分压电路的第一端与所述第一电源连接，所述分压电路的第二端与所述运算放大电路的第一输入端连接，所述分压电路的第三端接地，用于对所述第一电源的电压进行分压，并向所述运算放大电路提供所述基准电压。

在一些实施例中，所述运算放大电路包括运算放大器，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻；

所述运算放大器的输出端与所述红外发射电路连接，所述运算放大器的同相输入端分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端连接，所述运算放大器的反相输入端与所述红外接收电路的第一端连接；

所述第一电阻的另一端与所述第一电源连接，所述第二电阻的另一端接地。

在一些实施例中，所述红外接收电路包括红外接收管和第三电阻；

所述红外接收管的光电三极管的集电极与所述第一电源连接，所述红外接收管的光电三极管的发射极分别与所述控制器和所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端接地，所述红外接收管用于接收所述红外光，且所述红外接收管和所述第三电阻共同对所述第一电源的电压进行分压。

在一些实施例中，所述红外接收电路还包括第二钳位电路；

所述第二钳位电路分别与所述红外接收管的光电三极管的发射极和所述驱动电路的输入端连接，用于释放静电。

在第二方面，本实用新型实施例提供一种吸尘器，所述吸尘器包括：如上所述的红外粉尘检测电路，所述红外粉尘检测电路用于对所述吸尘器内的粉尘进行检测。

在本实用新型各个实施例中，该红外粉尘检测电路包括红外发射电路、红外接收电路、驱动电路以及控制器，其中，红外发射电路与驱动电路的输出端连接，驱动电路的输入端与红外接收电路的第一端连接，红外接收电路的第一端还与控制器连接，红外接收电路的第二端与第一电源连接，红外接收电路的第三端接地，红外发射电路发射红外光，红外接收电路接收该红外光，若红外发射电路和红外接收电路之间无粉尘时，控制器采集红外接收电路的第一端的工作电压，当红外发射电路和红外接收电路之间有粉尘时，该粉尘颗粒会对红外光产生遮挡，进而使得红外接收电路的第一端的工作电压产生变化，控制器再采集该工作电压，控制器通过工作电压的变化，可精准获取粉尘浓度的变化，即使吸尘器产品产生振动，控制器也可精准采样上述工作电压，从而减小粉尘浓度的采样误差，且该电路结构简单，电路成本较低。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的其中一种红外粉尘检测电路的电路结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的其中一种红外粉尘检测电路的电路结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的其中一种红外粉尘检测电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供一种吸尘器，包括如下任一实施例所述的红外粉尘检测电路。其中，红外粉尘检测电路用于对所述吸尘器内的粉尘进行检测。

吸尘器的工作原理是，利用电动机带动叶片高速旋转，在密封的壳体内产生空气负压，吸取尘埃、赃物等。吸尘器按结构可分为立式、卧式、手持式、桶式以及推杆式等。按功能可分为机器人、便携式吸尘器、中央吸尘系统、水过滤吸尘器、便携迷你吸尘器以及除螨吸尘器等。本实用新型提供的红外粉尘检测电路可应用于上述任一吸尘器。

请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供的一种红外粉尘检测电路，应用于吸尘器，如图1所示，该红外粉尘检测电路100包括红外发射电路10、红外接收电路20、驱动电路30以及控制器40，其中，红外发射电路10与驱动电路30的输出端连接，驱动电路30的输入端与红外接收电路20的第一端连接，红外接收电路20的第一端还与控制器40连接，红外接收电路20的第二端与第一电源200连接，红外接收电路20的第三端接地，红外发射电路10发射红外光，红外接收电路20接收该红外光。

若红外发射电路10和红外接收电路20之间无粉尘，红外发射电路10发射的红外光可被红外接收电路20完全接收，红外接收电路20的第一端处有工作电压，该工作电压还可作用于驱动电路30的输入端，使得驱动电路30驱动红外发射电路10正常工作，而控制器40采集并记录该工作电压；

当红外发射电路10和红外接收电路20之间有粉尘时，该粉尘颗粒会对红外光产生遮挡，使得红外接收电路20接收的红外光量减少，进而使得红外接收电路20的第一端的工作电压产生变化，控制器40再采集该工作电压，然后通过分析工作电压的变化，可精准获取粉尘浓度的变化，即使吸尘器产生振动，控制器40也可精准采样上述工作电压，从而减小粉尘浓度的采样误差，且该电路结构简单，电路成本较低。

在一些实施例中，第一电源200为直流电源，其具体电压可根据需要而设置。

在一些实施例中，控制器40可以为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM(Acorn RISC Machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有，控制器40还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。控制器40也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。控制器40的具体型号和组成可根据需要而设置。

请参阅图2，图2是本实用新型实施例提供的一种红外粉尘检测电路的电路结构示意图，如图2所示，红外发射电路10包括红外发射管11，红外发射管11是由红外发光二极管组成发光体，用红外辐射效率高的材料(常用砷化镓)制成PN结，正向偏压向PN结注入电流激发红外光，其光谱功率分布为中心波长830～950nm。红外发射管11的发光二极管的阳极连接驱动电路30的输出端，红外发射管11的发光二极管的阴极接地。

在一些实施例中，红外发射电路10还包括开关模块12，开关模块12的第一端与第一电源200连接，开关模块12的第二端与红外发射管11的发光二极管的阳极连接，开关模块12的控制端与驱动电路30的输出端连接，该开关模块12用于控制第一电源200与红外发射管11的发光二极管的连接状态。

当开关模块12处于导通状态时，第一电源200与红外发射管11的发光二极管连接，驱动其工作，使得发光二极管发射红外光，当开关模块12处于截止状态时，第一电源200与红外发射管11的发光二极管断开连接，发光二极管停止工作，不再发出红外光。

在一些实施例中，红外发射电路10还包括第一钳位电路13，第一钳位电路13分别与红外发射管11的发光二极管的阳极和开关模块12的第二端连接，该第一钳位电路13用于释放静电，防止红外发射电路10受到空气中的静电干扰或损坏。

在一些实施例中，驱动电路30包括运算放大电路31，该运算放大电路31的输出端与红外发射电路10连接，运算放大电路31的第一输入端用于接收基准电压，运算放大电路31的第二输入端与红外接收电路20的第一端连接，该运算放大电路31用于对红外接收电路20的第一端的工作电压和基准电压进行比较，并输出驱动信号。

该驱动信号用于驱动红外发射电路10工作。若红外接收电路20的第一端的工作电压大于基准电压，运算放大电路31可输出第一驱动信号，其为低电平信号，使得红外发射电路10停止工作，若红外接收电路20的第一端的工作电压小于基准电压，运算放大电路31可输出第二驱动信号，其为高电平信号，使得红外发射电路10正常工作，发射红外光。

在一些实施例中，该驱动电路30还包括分压电路32，分压电路32的第一端与第一电源200连接，分压电路32的第二端与运算放大电路31的第一输入端连接，分压电路32的第三端接地，分压电路32用于对第一电源200的电压进行分压，并向运算放大电路31提供所述基准电压，分压得到的分压信号的电压值即为上述基准电压的电压值。

请参阅图3，图3是本实用新型实施例提供的一种红外粉尘检测电路的电路结构示意图，如图3所示，红外发射管11用符号U2表示，开关模块12包括三极管Q1，三极管Q1的集电极与第一电源200连接，三极管Q1的发射极与红外发射管U2的发光二极管的阳极连接，三极管Q1的基极与驱动电路30的输出端连接。

第一钳位电路13包括第一钳位二极管D1和第二钳位二极管D2，第一钳位二极管D1的阴极连接第一电源200，第一钳位二极管D1的阳极分别与第二钳位二极管D2的阴极、红外发射管U2的发光二极管的阳极以及三极管Q1的发射极连接，第二钳位二极管D2的阳极接地。

运算放大电路31包括运算放大器U3，分压电路32包括第一电阻R1和第二电阻R2，运算放大器U3的输出端与红外发射电路10连接，具体地，与三极管Q1的基极连接，运算放大器U3的同相输入端分别与第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端连接，运算放大器U3的反相输入端与红外接收电路20的第一端连接，第一电阻R1的另一端与第一电源200连接，第二电阻R2的另一端接地。

第一电阻R1和第二电阻R2对第一电源200进行分压，将分压信号传送至运算放大器U3的同相输入端，作为基准电压，运算放大器U3对红外接收电路20的第一端的工作电压和基准电压进行比较，再输出驱动信号作用于三极管Q1的基极，控制三极管Q1的工作状态。

红外接收电路20包括红外接收管U1和第三电阻R3，红外接收管U1是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外接收管U1分两种，一种是二极管，一种是三极管。在本实施例中，红外接收管U1由光电三极管构成。

红外接收管U1的光电三极管的集电极与第一电源200连接，红外接收管U1的光电三极管的发射极分别与控制器40和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地，红外接收管U1用于接收红外光，且红外接收管U1和第三电阻R3共同对第一电源200的电压进行分压。

红外接收电路20还包括第二钳位电路21，第二钳位电路21包括第三钳位二极管D3和第四钳位二极管D4，第三钳位二极管D3的阴极连接第一电源200，第三钳位二极管D3的阳极分别与第四钳位二极管D4的阴极和红外接收管U1的光电三极管的发射极、以及运算放大器U3的反相输入端连接，该第二钳位电路21同样用于释放空气中的静电，防止红外接收电路20受到静电干扰或损坏。

第一电源200根据需要而设置，在本实施例中，第一电源200的电压为+5V。

在一些实施例中，该红外发射电路10还包括第四电阻R4，红外接收电路20还包括第五电阻R5，其中，第四电阻R4和第五电阻R5均为限流电阻，第四电阻R4串联于三极管Q1的发射极和红外发射管U2的光电二极管的阳极之间，第五电阻R5串联于运算放大器U3的反相输入端和红外接收管U1的光电三极管的发射极之间。

在一些实施例中，该驱动电路30还包括第一滤波电路33，第一滤波电路33串联于开关模块12和运算放大电路31之间，具体地，第一滤波电路33包括第六电阻R6和第一电容C1，第六电阻R6的一端与运算放大器U3的输出端连接，第六电阻R6的另一端分别与第一电容C1的一端和三极管Q1的基极连接，第一电容C1的另一端接地。第一滤波电路33用于对运算放大器U3的输出信号进行滤波。

在一些实施例中，该红外粉尘检测电路100还包括第二滤波电路50，第二滤波电路50串联于红外接收电路20的第一端和控制器40之间，具体地，第二滤波电路50包括第七电阻R7和第二电容C2，第七电阻R7的一端与红外接收管U1的光电三极管的发射极连接，第七电阻R7的另一端分别与控制器40和第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端接地。第二滤波电路50用于对红外接收电路20的第一端的工作电压进行滤波。

在一些实施例中，该红外接收电路20还包括第三电容C3，该第三电容C3串联于红外接收管U1的光电三极管的发射极和地之间，用于对红外接收电路20的第一端的工作电压进行滤波。

结合图3，该红外粉尘检测电路100的工作原理可描述如下：

在电路刚上电时，红外接收管U1没有接收到红外光，此时其阻值无限大，红外接收管U1与第三电阻R3形成了串联分压后，对第一电源200的电压进行分压，得到串联分压电压约为0V，即红外接收电路20的第一端的工作电压为0V，然后该分压电压经过第三电容C3滤波，第三钳位二极管D3和第四钳位二极管D4保护，再通过第五电阻R5的限流，输入到运算放大器U3的反相输入端2脚，而此时第一电阻R1和第二电阻R2对第一电源200的电压进行串联分压，形成了一个固定的参考电压1.82V输入到运算放大器U3的同相输入端，该1.82V电压作为基准电压，运算放大器U3对该1.82V电压和0V电压进行比较后，运算放大器U3的输出端1脚输出高电平信号，其电压为5V，该5V的高电平信号经过第六电阻R6和第一电容C1的滤波后，作用于三极管Q1的基极，驱动三极管Q1导通，从而使得第一电源200的电压经过第四电阻R4限流以后，与红外发射管U2形成一个放电回路，从而使得红外产生了红外光；

此时红外接收管U1收到红外光后，阻值就会变小，因第三电阻R3阻值不变，从而红外接收电路20的第一端处的工作电压上升，进而使得运算放大器U3的反相输入端2脚的电压上升。当反相输入端的电压大于运算放大器U3的同相输入3脚的参考电压1.82V时，运算放大器U3的输出端1脚输出低电平信号，该低电平信号的电压为0V，进而导致三极管Q1截止，红外发射管U2也就停止发光。最终因红外接收管U1未收到红外发射管U2的红外光，从而导致阻值变大，最终使得红外接收管U1的发射极处的工作电压变低，当运算放大器U3的反相输入端的电压低于1.82V时，运算放大器U3再次输出高电平信号，由此循环起来，从而使得红外发射电路10和红外接收电路20之间达到一个稳态，而红外接收电路20的第一端处的工作电压达到一个稳定的电压值，该工作电压经过第七电阻R7和第二电容C2的滤波以后，传送至控制器40，由控制器40进行处理和分析；

当吸尘器在工作中，红外发射管U2和红外接收管U1之间遇到粉尘等颗粒的遮挡影响时，红外接收管U1接收的红外光量就减少，从而影响了整个电路的动态工作。红外接收管U1的发射极处的工作电压会发生变化，具体地，若粉尘颗粒慢慢增多，红外接收管U1接收的红外光量逐渐减少，该工作电压会慢慢降低，直至达到下一个稳态，若粉尘颗粒再慢慢变少时，红外接收管U1接收的红外光量逐渐增多，该工作电压会慢慢增大，直至达到另一个稳态，因此，控制器40通过对该工作电压的分析，即可获取红外发射管U2和红外接收管U1之间的粉尘浓度变化情况。

综上，控制器40通过采集红外接收电路20的第一端处的工作电压，和分析工作电压的变化，可精准获取粉尘浓度的变化，即使吸尘器产生振动，控制器40也可精准采样上述工作电压，从而减小粉尘浓度的采样误差，且该电路结构简单，电路成本较低。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种红外粉尘检测电路，其特征在于，应用于吸尘器，所述红外粉尘检测电路包括：红外发射电路、红外接收电路、驱动电路以及控制器；

所述红外发射电路与所述驱动电路的输出端连接，用于发射红外光；

所述驱动电路的输入端与所述红外接收电路的第一端连接，用于驱动所述红外发射电路；

所述红外接收电路的第一端还与所述控制器连接，所述红外接收电路的第二端与第一电源连接，所述红外接收电路的第三端接地，用于接收所述红外光；以及，

所述控制器用于采集所述红外接收电路的第一端的工作电压，以检测所述红外发射电路和所述红外接收电路之间的粉尘。

2.根据权利要求1所述的红外粉尘检测电路，其特征在于，所述红外发射电路包括红外发射管；

所述红外发射管的发光二极管的阳极连接所述驱动电路的输出端，所述红外发射管的发光二极管的阴极接地。

3.根据权利要求2所述的红外粉尘检测电路，其特征在于，所述红外发射电路还包括开关模块；

所述开关模块的第一端与所述第一电源连接，所述开关模块的第二端与所述红外发射管的发光二极管的阳极连接，所述开关模块的控制端与所述驱动电路的输出端连接，用于控制所述第一电源与所述红外发射管的发光二极管的连接状态。

4.根据权利要求3所述的红外粉尘检测电路，其特征在于，所述开关模块包括三极管，所述三极管的集电极与所述第一电源连接，所述三极管的发射极与所述红外发射管的发光二极管的阳极连接，所述三极管的基极与所述驱动电路的输出端连接。

5.根据权利要求3所述的红外粉尘检测电路，其特征在于，所述红外发射电路还包括第一钳位电路；

所述第一钳位电路分别与所述红外发射管的发光二极管的阳极和所述开关模块的第二端连接，用于释放静电。

6.根据权利要求1所述的红外粉尘检测电路，其特征在于，所述驱动电路包括运算放大电路；

所述运算放大电路的输出端与所述红外发射电路连接，所述运算放大电路的第一输入端用于接收基准电压，所述运算放大电路的第二输入端与所述红外接收电路的第一端连接，用于对所述红外接收电路的第一端的工作电压和所述基准电压进行比较，并输出驱动信号。

7.根据权利要求6所述的红外粉尘检测电路，其特征在于，所述驱动电路还包括分压电路；

所述分压电路的第一端与所述第一电源连接，所述分压电路的第二端与所述运算放大电路的第一输入端连接，所述分压电路的第三端接地，用于对所述第一电源的电压进行分压，并向所述运算放大电路提供所述基准电压。

8.根据权利要求7所述的红外粉尘检测电路，其特征在于，所述运算放大电路包括运算放大器，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻；

所述运算放大器的输出端与所述红外发射电路连接，所述运算放大器的同相输入端分别与所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端连接，所述运算放大器的反相输入端与所述红外接收电路的第一端连接；

所述第一电阻的另一端与所述第一电源连接，所述第二电阻的另一端接地。

9.根据权利要求1-8任一项所述的红外粉尘检测电路，其特征在于，所述红外接收电路包括红外接收管和第三电阻；

所述红外接收管的光电三极管的集电极与所述第一电源连接，所述红外接收管的光电三极管的发射极分别与所述控制器和所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端接地，所述红外接收管用于接收所述红外光，且所述红外接收管和所述第三电阻共同对所述第一电源的电压进行分压。

10.一种吸尘器，其特征在于，所述吸尘器包括：如权利要求1-9任一项所述的红外粉尘检测电路，所述红外粉尘检测电路用于对所述吸尘器内的粉尘进行检测。

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