一种反射式红外光电传感器及该传感器的程控占空比调距方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电传感器技术领域，具体的说是一种反射式红外光电传感器的程控占空比调距方法。
【背景技术】
[0002]反射式红外光电传感器的工作原理是:通过红外发射管发射一定调制频率和占空比的红外光，反射光由光敏管检测并经放大、解调，确定是否有被检物进入有效检测范围，然后输出开关信号，采用调制光的目的是为了提高抗干扰的能力。一般地，发射光的调制频率等于接收电路的中心接收频率。
[0003]常见的反射式红外光电传感器分为两种，即固定检测距离型和可调检测距离型(以下简称调距型)，调距型光电传感器通常采用可调电阻调整检测距离，其调距方式有两种:其一是通过调节发射光强度实现调距，其二通过调节放大电路的参数实现调距。
[0004]对于第一种调距方式，研究证明，发射管的发射光强度与工作电流相关:当工作电流小于1mA时，电流产生的微小变化即可引起发射光强度的较大变化；当工作电流大于20mA时，发射管的发射光强度较大且较稳定，改变发射电流对发射光强度影响不大。显然，发射管工作在小电流下，发射光强度更容易调节，然而，在小电流下，电流强度容易受环境温度干扰，环境温度变化引起工作电流的微小变化也会导致发射光强度的改变，从而影响发射光强度的稳定性。可见，当发射管工作在小电流下，发射光强度易于调节，但是稳定性差，当发射管工作在大电流下，发射光强度较稳定但是不易调节，两者存在矛盾。在反射式红外光电传感器中，发射管的额定工作电流一般为20mA左右，由前述可知，通过调节发射光强度实现调距的方法并不可取。
[0005]目前调距型光电传感器多采用第二种调距方式，即通过调节放大电路参数的方法实现调距。但是，该方法同样存在缺陷:其一，提高放大增益虽能提高灵敏度，但降低了抗干扰能力；其二，可调电阻存在机械接触，易受环境影响而改变其固有参数，进而影响传感器的稳定性。基于上述原因，反射式红外光电传感器的调距方法需要创新。
[0006]申请人曾在《传感器世界》中发表过一篇名称为“基于红外接收模组的智能光电开关设计”的文章，文中讨论了通过智能化动态光强控制来提高检测的稳定性问题，但是文中并未涉及调距技术。另外，由于红外遥控接收模组是将接收电路、放大电路和解调电路一体化设计，其增益并不可调。因此，要想采用技术成熟、性能稳定、价格低廉的红外遥控接收模组设计新型传感器，需要对反射式光电传感器的调距方式进行改进。
[0007]对于红外接收模组，当输入信号的频率接近其中心频率时，接收模组具有最大的灵敏度。实验证明，当频率固定时，接收模组的灵敏度还与红外脉冲信号的占空比相关。占空比较小时则灵敏度较高，占空比较大时则灵敏度下降为零。这就是说，随着脉冲信号的占空比增大，其灵敏度会逐渐下降，这为以改变占空比的方式调节传感器的灵敏度提供了可會K。
[0008]基于前述，对于本申请中的反射式光电传感器而言，灵敏度变化等效于测量距离的变化，该种调距方式在本申请中简称为“变占空比调距”。其中，改变占空比可以手动实现，比如旋转电位器，也可以自动实现，比如程序控制。本申请主要针对后者，为便于描述，本申请涉及的调距方式简称为“程控占空比调距”。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的第一个技术问题是提供一种反射式红外光电传感器，该传感器的电路结构简单、设置方便、使用灵活、可实现程控占空比调距。
[0010]本发明要解决的第二个技术问题是提供一种传感器的程控占空比调距方法，该方法利用单片机改变发射光的占空比，从而改变传感器的有效检测距离，能够充分利用软件资源，简化电路结构，提高传感器的稳定性。
[0011]为解决上述第一个技术问题，本发明的反射式红外光电传感器的结构特点是包括红外发射电路、红外接收电路、单片机、输出接口电路和设置电路，红外接收电路的中心接收频率为f。，其中:
[0012]红外发射电路包括红外发射管，该红外发射管由单片机驱动并能发射调制频率为f。、占空比为δ的红外脉冲光；
[0013]红外接收电路包括中心接收频率为f。的红外遥控接收模组，该红外遥控接收模组检测反射光，并初步判断是否有被检物进入传感器已设定的检测范围d，再将判断结果输出给单片机；
[0014]设置电路包括一个按键，该按键向单片机发送设置请求信号；
[0015]输出接口电路由单片机驱动并向输出连接器发送开关信号作为输出；
[0016]单片机为控制核心，其内建有用于存储参数和程序的非易失性存储单元，其具有多个与上述各电路连接的I/O接口，其中的一个I/O接口输出频率为f。、占空比可调的波形信号且该波形信号发送给红外发射管作为红外发射管的驱动信号，另一个I/O接口接收红外遥控接收模组的信号且单片机将来自该接口的信号进行抗噪处理以最终确定是否有被检物存在，从而通过又一个I/o接口驱动输出接口电路输出开关信号，单片机还具有一个专用于接收设置请求信号的I/o接口，设置请求信号包括用于启动单片机控制改变波形信号占空比以调整传感器检测范围的调距请求信号。
[0017]所述红外光电传感器还包括用于单片机在线下载程序的预留连接器；所述设置请求信号还包括用于启动单片机改变输出接口电路输出方式的输出方式切换请求信号，输出方式切换请求信号和调距请求信号依据按键持续按下时间的长短划分。
[0018]所述按键持续按下时间小于10秒则设置请求信号为调距请求信号，按键持续按下时间大于10秒则设置请求信号为输出方式切换请求信号。
[0019]所述红外遥控接收模组包括光探测器、前置放大器和检波电路。
[0020]所述输出接口电路包括连接在单片机和输出连接器之间的NPN型三极管，该NPN型三极管的发射极接地、基极与单片机的I/O接口连接、集电极与输出连接器连接。
[0021]为解决上述第二个技术问题，本发明的传感器的程控占空比调距方法包括如下步骤:
[0022]步骤I)将被检物置于传感器光路的前方，保证被检物与传感器之前的直线距离为待设定的有效检测距离d ；
[0023]步骤2)按下设置电路的按键并向单片机发送调距请求信号；
[0024]步骤3)单片机接收调距请求信号并向红外发射管发送频率为f。、占空比δ为30%波形信号，用以驱动红外发射管发射频率为f。、占空比δ为30%的脉冲光；f。为红外遥控接收模组的中心接收频率；
[0025]步骤4)通过红外接收电路检测反射光并由单片机确定是否有被检物，若检测不到被检物，则单片机保存原参数退出，说明待设定的有效检测距离d超出传感器自身的最大量程；若能检测到被检物，则单片机控制逐渐增大波形信号的占空比S，同时不断通过红外接收电路检测反射光并由单片机确定是否有被检物，直到被检物不能被检测到，记录此时的波形信号占空比I该波形信号占空比S对应的检测距离即为待设定的有效检测距离d ；
[0026]步骤5)单片机将与步骤4中所记录波形信号占空比δ相对应的参数存储到非易失性存储单元中，以供正常检测时调用；
[0027]步骤6)调距完成，回到正常检测状态。
[0028]步骤2)中的按键还可向单片机发送输出方式切换请求信号，输出方式切换请求信号和调距请求信号依据按键持续按下时间的长短划分。单片机接收到输出方式切换请求信号时，如果输出接口电路的输出方式为常开状态输出，则切换为常闭状态输出，如果输出接口电路的输出方式为常闭状态输出，贝1J切换为常开状态输出；修改后的输出状态保存在非易失性存储单元中。
[0029]可见，本发明具有如下优点:1)实现了程控占空比调距，充分利用了软件资源，简化了电路结构；2)实现了智能化设置，仅利用一个按键即可完成全部设置，方便实用；3)输出接口的输出方式可以切换，使用更加灵活方便，传感器可以常开输出也可以常闭输出，增加了传感器的适用范围。
【附图说明】
[0030]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明:
[0031]图1为本发明的整体结构框图；
[0032]图2为发射光占空比与传感器检测距离之间关系的实验原理图；
[0033]图