高速光电门光强度自适应控制电路的制作方法

本发明高速光电门光强度自适应控制电路涉及的内容属于电子技术领域，能够根据环境状态自动调整光电门的发光强度。

背景技术：

高速药瓶包装流水线中的药粒计数方式逐步地从机械数粒向电子数粒发展，电子数粒有光电门方式和平面成像统计方式两种，目前的产品以光电门计数方式为主，在此基础上开发各类具有踢废功能的高速电子数粒机。在光电门计数方式中，分作光源和接收两部分，分列于被计数颗粒的两侧，利用被计数颗粒对光线的遮挡而引起光线照度的变化，进行数字化统计，即接收器输出高、低电平的数字信号。

在光电门计数方式中，光源部分一般采用LED灯照明。为了使得接收器输出有效的数字化信息，需要光源部分提供亮度合适的光线，这一亮度应该视接收器的工作需要而定。LED灯照明的亮度可以通过其激励电流的大小进行调整，虽然能够很方便地调整光线亮度，但光激励电流并不是固定于某一个确定的数值。如工作环境的粉尘量增大时，通光能力变弱，为了得到同样的照度，需要提高光线的亮度，相应地也需要提高光激励电流；又如LED灯珠存在光衰弱问题，随着设备工作时间的延长，其发光效率会衰退，在光激励电流不变的情况下，光亮度会减弱，为了提高亮度，需要增大光激励电流；另外，当改变接收器的扫描频率时，相应的光激励电流也要做出改变，扫描频率越高其要求的照明亮度也越高，对应的光激励电流也越大。

目前市面上场上的光电门计数器中有一些是采用固定光电流激励方式，这样必须进行定进检修保养；也有一些是可能通过微处理器的操作界面进行人工设置，以获得及时调整。如果采用人工调整光电流，不方便实际工作需要，因此，光源的控制电路最好设计成具有自适应功能，能够跟据接收器的数字化需要自动调整LED灯照明的亮度。本发明所采用的光源控制电路能够很好地适应这一工作要求。

技术实现要素：

本实用新型高速光电门光强度自适应控制电路主要包含光源模块和光信号接收模块两部分，如附图所示，从技术层面上看，具有以下特征：

高速光电门光强度自适应控制电路的光源模块由红外LED灯珠阵列、光激励电流驱动三极管Q₂₀₁、以运算放大器IC_201A为核心的误差放大电路构成，采用直流恒压电源供电，误差放大电路的基准电压由蓝色发光二极管限压获得，输入至运算放大器IC_201A的同相端，光信号接收模块中的CCD传感器输出的模拟信号先经过D₂₁₄、R₂₂₈、C₂₁₀峰值整流滤波，再通过R₂₀₁、R₂₀₂、C₂₀₃组成的RC滤波电路后，输入至运算放大器IC_201A的反相端，IC_201A的输出端通过限流电阻R₂₀₄连接光源激励电流驱动三极管Q₂₀₁，光源激励电流驱动三极管Q₂₀₁的集电极连接红外LED灯珠阵列，发射极连接有限流电阻R₂₀₅；误差放大电路、光源激励电流驱动三极管Q₂₀₁、发射极限流电阻R₂₀₅三者构成恒流激励电路；运算放大器IC_201A的反馈电阻R₂₀₃阻值大于其反相端输入电阻阻值，如附图1所示；在运算放大器IC_201A的反馈电阻R₂₀₃上并联有二极管D₂₀₇，二极管的阳极接于运放输出端，阴极接于运放反相端；同时，光信号接收模块中的CCD传感器输出的模拟信号经过电压比较器IC₂₀₇数字化处理后输出至外部电路；光源模块和光信号接收模块两者之间统一组成大回路负反馈结构。

高速光电门光强度自适应控制电路的有益之处是利用光源模块和光信号接收模块两者之间的负反馈结构，自动调节光源亮度，使得CCD传感器输出的模拟幅值大于数字化所需的参考电平，确保在LED灯珠在光衰过程中、多粉尘环境、扫描频率变化等各种环境条件下，均能够将光线有无遮挡的电平值区分开来，工作过程中无需人工调节亮度。

光源亮度信息来自于CCD传感器输出的电压幅度，CCD传感器随着照度增加其输出的电平相应升高，所输出的信号通过D₂₁₄、R₂₂₈、C₂₁₀峰值整流电路获取峰值电压，再由R₂₀₁、R₂₀₂、C₂₀₃滤波成直流电压，与蓝色发光二极管D₂₀₆设置的基准电压比较。若由于某种原因使得CCD传感器输出的峰值电压降低，则整流、滤波后的电压也降低，造成运放输出电位升高，光激励电流则增大，光源亮度必将增加，直至CCD传感器输出的电压幅度回升至预定值。光源亮度只与CCD传感器输出的电压峰值有关，与CCD传感器输出的电压升降情况无关。在本实用新型中CCD传感器采用TSL1401CL线阵CCD，周期性扫描过程中每一周均有高电平输出，能够产生比较稳定的光源亮度信息电平。

附图2中整流D₂₁₄采用肖特基二极管，以减少整流时的电压损失。蓝色发光二极管设置的基准电压大约是2.56V。当线阵CCD传感器TSL1401CL采用3.3V电压供电时，所输出的最高电平极限值约为3.2V。CCD传感器输出电压经过整流管后降低了一个导通电压V_D，将这一电压作为光源亮度信息电平，要求其高于基准电压。因此，只能采用肖特基二极管整流。

附图1中的二极管D₂₀₇用于限制运放输出的高电位，防止光源激励电流过大而降低LED灯珠的工作寿命。如果发生CCD传感器损坏等原因，使得亮度信息电位很低，没有二极管D₂₀₇时运放输出电压接近8V，远大于正常工作电压，会造成光源激励电流过大。连接有二极管D₂₀₇后，同样是亮度信息电平过低，运放的输出电位被钳制在3V以下，光源激励电流值得以限制。

设运算放大器输出的电压为V_o，则光源激励电流I_D的计算式为：

式中0.75V是三极管的门电压，β是三极管的电流放大倍数。按照这一计算式可知，对β＝100的三极管，输出30mA光源激励电流时，运算放大器输出电压应当是1.395V；输出60mA光源激励电流时，运算放大器输出电压应当是2.04V。

蓝色发光二极管的导通压降约为2.56V，运算放大器输出的电压为V_o与CCD传感器输出的亮度信息电平V_s的关系由下述算式确定，其中是肖特基二极管D₂₁₄的导通电压。

附图说明

附图1是高速光电门光强度自适应控制电路的光源电路模块。

图中D201-D205是红外线LED灯珠，D206是白光LED二极管，P201b是来自光信号接收模块的接插口。

附图2是高速光电门光强度自适应控制电路的光信号接收模块。

图中IC205是线阵CDD传感器，IC207是高速电压比较器，P201a是连接光源电路模块的接插口，P202是连接外电路的接插口。

具体实施方式

下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的实施作进一步说明。

光源模块单独设计成一块线路板。与线阵CCD传感器TSL1401CL相配合，光源采用5颗SMD5050封装的三芯850nm红外发光二极管，并排列成线阵，固定于线路板上。每一颗芯片中的三个发光二极管并联连接，再将5颗发光二极管芯片串联连接，供电电压定为9.0V，如附图1所示。光源激励电流驱动三极管可以选用C8050。

光信号接收模块也单独设计成一块线路板，为了配合外部的微处理器电路，其中的线阵CCD传感器TSL1401CL采用3.3V供电。外部电路仅连接在光信号接收模块上，其中AN0是外部电路输入的电压比较器参考电平，可用做电路状态测试。正常情况下AN0＝0，电压比较器参考电平由电阻R₂₂₁、R₂₂₂设置，附图2中设置为1.8V。

按照附图中的参数，CCD传感器输出的最高电压被控制在3.05-2.86V之间。如果要进一步降低CCD传感器输出的最高电压，可以适当增大限流电阻R₂₀₅的阻值，如选用27Ω的电阻等。

光源模块和光信号接收模块相对放置，它们之间的线路用排插连接。