1.主要類型
光電傳感器根據(jù)檢測(cè)模式的不同可分為如下幾種:
(1)反射式光電傳感器將發(fā)光器與光敏器件置于一體內(nèi),發(fā)光器發(fā)射的光被檢測(cè)物反射到光敏器件。
(2)透射式光電傳感器將發(fā)光器與光敏器件置于相對(duì)的兩個(gè)位置,光束也是在兩個(gè)相對(duì)的物體之間,穿過發(fā)光器與光敏器件的被檢測(cè)物體回阻斷光束,并啟動(dòng)受光器。
(3)聚焦式光電傳感器將發(fā)光器與光敏器件聚焦于特定距離,只有當(dāng)被檢測(cè)物體出現(xiàn)在聚焦點(diǎn)時(shí),光敏器件才會(huì)接受到發(fā)光器發(fā)出的光束。
1)利用反射式光電傳感器檢測(cè)黑白物體
利用反射式光電傳感器檢測(cè)黑白物體的電路如圖
由于黑色物體和白色物體的反射系數(shù)不同,調(diào)節(jié)反射式光電傳感器與檢測(cè)對(duì)象之間的距離,使光敏三極管就只能接受到白色物體反射回來(lái)的光束。而對(duì)于黑色物體由于其反射系數(shù)小,所反射回來(lái)的光束很弱,光敏三極管無(wú)法接受到反射光。利用反射光可以使光敏三極管實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通和關(guān)斷,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)黑白物體的分辨。
電路工作過程如下:當(dāng)被測(cè)物體是黑色物體時(shí),紅外光電二極管U1發(fā)射出的光,被反射回來(lái)的很弱,光敏三極管無(wú)法導(dǎo)通,所以A點(diǎn)此時(shí)為高電平,通過反相器7414,FPGA或者微控制器接受到的信號(hào)是低電平。當(dāng)被測(cè)物體是白色物體時(shí),紅外光電二極管U1發(fā)射的光,被反射回來(lái)的很強(qiáng),光敏三極管導(dǎo)通,所以A點(diǎn)此時(shí)為低電平,通過反相器7414,FPGA或者微控制器接受到的信號(hào)是高電平;FPGA或者微控制器檢測(cè)輸入的電平,即可以判斷此時(shí)被檢測(cè)物體是白色物體還是黑色物體。
集成光電檢測(cè)器
集成的光電傳感器
(1)分類
集成的光電傳感器主要有反射式光電開關(guān)、會(huì)聚式光電開關(guān)、透射式光電開關(guān)、反射板式光電開關(guān)、光纖穿透式開關(guān)、光纖反射式開關(guān)等幾種,一般采用前三種。
(2)工作光源
采用的工作光源主要有可見紅光(650nm)、可見綠光(510nm)和紅外光(800~940nm)。不同的光源在具體情況下各有其長(zhǎng)處。例如:在不考慮被測(cè)物體顏S***Q況下,紅外光有較寬的敏感范圍,而可見紅光或綠光特別適合于反差檢測(cè),光源的顏色必須根據(jù)被測(cè)物體的顏色來(lái)選擇,紅色物體與紅色標(biāo)記宜用綠光(互補(bǔ)色)進(jìn)行檢測(cè)。
(3)外形
按照外殼形狀可分為:螺紋圓柱形系列,圓柱形系列,方形系列,槽型貫穿形系列。比較常用的螺紋圓柱形系列外形如圖3.6.21所示。
(4)接線圖與電感式接近傳感器相同。具體型號(hào)可進(jìn)入有關(guān)網(wǎng)站查詢。
螺紋園柱型光電傳感器
往屆應(yīng)用
探測(cè)路面黑線的基本原理:光線照射到路面并反射,由于黑線和白紙對(duì)光的反射系數(shù)不同,可以根據(jù)接收到的反射光強(qiáng)弱來(lái)判斷是否是黑線。利用這個(gè)原理,可以控制小車行走的路跡。下面幾種可行的方案是根據(jù)本原理設(shè)計(jì)的:
方案一:采用普通的發(fā)光二極管及光敏電阻組成的發(fā)射接收方案,如圖1-1所示。其工作原理:當(dāng)無(wú)光照時(shí),光敏電阻呈現(xiàn)高阻狀態(tài),又分壓公式可知,電阻R2無(wú)壓降三極管截止,三極管的集電極輸出高電平;反之,當(dāng)有光照的時(shí)候,光敏電阻接收到反射的光,其阻值下降,由分壓公式,R2有壓降三極管導(dǎo)通,輸出低電平,利用高低電平可以判斷控制小車的形程和方向。本方案能達(dá)到基本的控制要求,但是它的缺點(diǎn)在于容易受到外界光線的干擾,不易于控制小車的行跡,損壞了信號(hào)采集的效果。主要是因?yàn)榭梢姽獾姆瓷湫Ч乇淼钠教钩潭?、材料的反射情況有關(guān)直接影響到檢測(cè)效果。
1-1發(fā)光二極管及光敏電阻組成的發(fā)射接收方案
方案二:脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收器。由于采用該有交流分量的調(diào)制信號(hào),側(cè)可大幅度減少外界干擾;另外紅外發(fā)射接收管的最大工作電流取決于平均電流。如果采用占空比小的調(diào)制信號(hào),再平均電流不變的情況下,瞬時(shí)電流很大(50~100mA),則大大提高了信噪比。并且其反應(yīng)靈敏,外圍電路也很簡(jiǎn)單。如圖1-2所示。它的優(yōu)點(diǎn)是消除了外界光線的干擾提高了靈敏度,制作比較簡(jiǎn)單。
1-2脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收方案
由以上兩種方案比較可知。方案二要比方案一優(yōu)勢(shì)大,市場(chǎng)上很多紅外觀點(diǎn)探頭也都基于這個(gè)原理。其電路簡(jiǎn)單,工作可靠,性能比較穩(wěn)定。從而避免了電路的復(fù)雜性,因此我先用方案二作為小車的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
2.電動(dòng)機(jī)的選擇
市場(chǎng)上用很多種類的小電壓直流電動(dòng)機(jī),很方便的選擇到。主要有普通電動(dòng)機(jī)、和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
方案一:采用步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是具有快速啟動(dòng)和停止能力,能夠達(dá)到我們所要求的標(biāo)準(zhǔn)。如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電機(jī)所能提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩值,就能夠立即是步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)或反轉(zhuǎn)。其轉(zhuǎn)換靈敏度比較高。正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制靈活。但是步進(jìn)電機(jī)的價(jià)格比較昂貴,對(duì)于我們的現(xiàn)狀相差太遠(yuǎn)。
方案二:采用普通的直流電機(jī)。直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、方便。調(diào)整范圍廣;過載能力強(qiáng),能承受頻繁的沖擊負(fù)載,可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)極快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。能滿足各種不容的特殊運(yùn)行要求。
由于普通直流電機(jī)價(jià)格適宜,更易于購(gòu)買,并且電路相對(duì)簡(jiǎn)單,因此建議采用直流電機(jī)作為動(dòng)力源。
3.電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇
方案一:采用電路網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓,從而達(dá)到調(diào)整速度目的。但是組織網(wǎng)絡(luò)只能是先有極調(diào)速,而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴,且可能存在于干擾。更主要的問題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻比較小丹電流很大,分壓不僅會(huì)降低效率,而且實(shí)現(xiàn)很困難。
方案二:采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開關(guān)控制,通過控制開關(guān)的切換速度實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),易于損壞,壽命較短、可靠性小。
方案三:采用四個(gè)大功率晶體管組成H橋式電路,四個(gè)大功率晶體管分為兩組,交替導(dǎo)通和截止,用單片機(jī)控制使之工作在開關(guān)狀態(tài),進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)行。該控制電路由于四個(gè)大功率晶體管只工作在飽和與截止?fàn)顟B(tài)下,效率非常高,并且大功率晶體管開關(guān)的速度很快,穩(wěn)定性也極強(qiáng),是一種廣泛采用的電路。
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