自制光电接近开关

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自制光电接近开关

    笔者在科技创新活动中,购买了多个光电接近开关,它们的售价很高。后来仔细剖析这些光电接近开关后,发现它们的工作原理很简单,笔者自制几个后发现,自制的开关不仅成本极低(不超过10元),而且在供电电压、探测距离方面比购买的成品还好。它只需5V电压供电(输出为TTL电平)、最大探测距离为20cm以上(这个距离与红外管的发射功率和被探测材料的表面性质有关),探测距离还可以调节,而购买的成品供电电压要求12~24V,探测距离也不可调节。
    笔者自制的光电接近开关电路原理图如图1所示,图1中的元件参数见附表。由555构成多谐振荡器,从③脚输出38kHz的方波信号。经VT1驱动红外发射管VD2向外发射频率为38kHz红外调制信号。之所以选用38kHz的红外调制信号,是由于选用的红外接收头U1的频率响应为38kHz(U1型号AT138B的“38”表示响应频率大小,其外观和引脚如图1右方所示)。当有障碍物靠近时,红外线反射回来被U1所接收,当接收到的红外信号足够强时输出(OUT)为低电平,否则为高电平。如果用5V供电,输出(OUT)为TTL电平可直接与微处理器相接。多谐振荡器的振荡频率计算公式为:
t1≈0.7(R1+R2)×C1;
t2≈0.7(R3+R4)×C1;
f=1/(t1+t2)。
    调试时使输出波形的占空比尽量为1:1,笔者经过试验发现只要占空比偏离1:1不太多则无所谓,但频率不要偏离38kHz太多,否则探测精度会下降,频率偏离太大时则U1根本没有响应。经过计算在R1、R3为1k时R2、R4调到880Ω左右(实际有所偏差)。
光电接近开关<a target=电路图" src="/article/UploadPic/2010-11/20101121222032953.jpg" width="398" border="0" style="cursor:pointer;" onload="return imgzoom(this,600);" onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/> 
    红外发射管的发射功率可通过改变R5的阻值进行调节,发射管的发射电流大小决定了探测距离的大小。如果不需调节探测距离的大小,R5、R6可用一固定阻值的电阻代替。
    红外接近开关制作的关键并不在于电路,而是在结构上,特别是U1和VD2的位置不能随便放置。笔者把该红外接近开关做成探头状,把整个电路板安装在一根塑料管内,并引出三根导线:电源、地、输出(OUT)。U1、VD2放置在塑料管的前端,并用不透光的塑料片把U1、VD2隔开,为了防止VD2向旁边漏射出红外线可用黑色电胶布在VD2的周围绕一两圈,只让红外线从VD2的前方发出(电路板、隔光塑料片、U1、VD2可用硅胶进行固定),其结构如图2所示。
 
注意:不要忘了在VD2的周围用黑色绝缘胶布绕一两圈,只让红外线从VD2的前方射出,否则VD2从旁边漏射出红外线将直接到达U1,输出端(OUT)总为低电平,如图3所示。
 
    该电路只要焊接无误,结构安排得当,不需要太多的调试(只要把多谐振荡器的振荡频率调到38kHz 即可),一试就能成功。制作结果表明:该红外接近开关不仅能探测到接近到探头一定距离的物体,还能识别出颜色的深浅(浅颜色的物体由于反光性较强其触发距离较远),而且所使用的元件都是市面上极易买到的,AT138B是红外接收头,如买不到可用同类产品(如HM383)代替。

R1 1kΩ C1 0.01 uF
R2 1kΩ(微调电阻) C2 100uF/16V
R3 1kΩ(微调电阻) VD1 普通二极管
R4 1kΩ VD2 普通红外发射管
R5 1kΩ(微调电阻) VT1 9014
R6 100Ω U1 AT138B(或同类产品)
R7 2.2kΩ(微调电阻) IC  555

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