用工頻波作為編碼的光電型位置檢測(cè)電路

在傳統(tǒng)的交流供電電器產(chǎn)品中，需要采用光電對(duì)管對(duì)工件或者零部件的位置進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，為了濾除環(huán)境光的干擾，通常會(huì)采用同其它直流供電電路一樣的方式，首先分別采用降壓整流電路給發(fā)射部分和接收部分供電，發(fā)射部分采用訊號(hào)發(fā)生電路和載波發(fā)生電路將訊號(hào)波形調(diào)制在一個(gè)載波（例如38KHz）上然后以之驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，而接收部分采用紅外接收二極管或者專用接收頭（例如內(nèi)含38KHz解碼電路）解調(diào)出訊號(hào)波形，然后送給相關(guān)電路或者交主機(jī)處理。光電對(duì)管通常按照安裝位置的不同可分為對(duì)射式和反射式，對(duì)射式指發(fā)光管的發(fā)光面與接收管的受光面兩兩相對(duì)，如果光路暢通，則接收管直接接收發(fā)光管的射出光，或者因?yàn)楸粰z測(cè)工件阻擋光路而無(wú)法接收；反射式指接收管不直接接收發(fā)光管的射出光，而是接收被被檢測(cè)工件反射的射出光。其大致電路框圖如圖1：

圖1

由于發(fā)射管由發(fā)射電路提供的特定編碼訊號(hào)驅(qū)動(dòng)。因此驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜而成本較高，特別在交流供電設(shè)備中使用時(shí)沒(méi)有利用交流電固有的編碼特性。而且接收部分的電路同樣比較復(fù)雜，導(dǎo)致整體成本無(wú)法下降，另外因?yàn)榘l(fā)射管需要數(shù)毫安甚至數(shù)十毫安的驅(qū)動(dòng)電流，加上兩個(gè)電源部分的消耗，這對(duì)整個(gè)電路耗電只有數(shù)毫安甚至更小的主控板而言無(wú)疑是一個(gè)極大的負(fù)擔(dān)，特別是對(duì)于以單個(gè)二極管半波整流，電容降壓或者電阻降壓方式供電的絕大部分小家電、美容電器、廚房家電、便攜式設(shè)備等產(chǎn)品，更是完全無(wú)法接受。另外一種方法是由主控單元（CPU）給出一個(gè)特定的編碼訊號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元（例如驅(qū)動(dòng)用MOS管或者雙極型晶體管）驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，接收部分相應(yīng)解碼，由于僅僅相當(dāng)于將訊號(hào)和載波產(chǎn)生電路由主控CPU軟件完成，因此造成CPU主控程序大大復(fù)雜化，同樣影響成本，而且驅(qū)動(dòng)電流的問(wèn)題和驅(qū)動(dòng)部分的成本問(wèn)題依然存在。

有鑒于此，我們經(jīng)過(guò)反復(fù)權(quán)衡，最終制定了下述的編解碼方案。其特點(diǎn)是發(fā)光管直接由220V/110V交流電經(jīng)整流降壓后驅(qū)動(dòng)，利用交流供電電流直接驅(qū)動(dòng)LED，而主機(jī)部分供電串接在同一回路中，公用同一驅(qū)動(dòng)電流。并且在接收電路內(nèi)部采用檢測(cè)3個(gè)以上交流電周期訊號(hào)的特征作為有效編碼來(lái)判斷工件工況。信號(hào)檢測(cè)部分整體電路如圖2。

圖2

相對(duì)于傳統(tǒng)的光電型位置檢測(cè)電路，圖2的光電對(duì)管Q1的驅(qū)動(dòng)電路異常簡(jiǎn)單。交流輸入電壓經(jīng)D1整流，R1降壓，發(fā)光管串接在此回路上，發(fā)光管的驅(qū)動(dòng)電流可以通過(guò)R1的阻值調(diào)節(jié)，而此回路同時(shí)可以串接其它功能電路，例如串接一個(gè)穩(wěn)壓管D2//C1用于給主機(jī)和其他電路供電等。R3/R4過(guò)零檢測(cè)電路用于檢測(cè)交流電壓的過(guò)零點(diǎn)并輸入主控單元作為檢測(cè)電路同步信號(hào)，用于控制主控電路使之正好在交流電壓的正負(fù)半周峰值時(shí)檢測(cè)光電接收管的輸入訊號(hào)。

首先我們計(jì)算一下發(fā)光管的驅(qū)動(dòng)電流：在最惡劣的情況下，設(shè)主機(jī)模塊電路的總耗電電流低至1.5mA，加上穩(wěn)壓二極管上消耗的電流，主機(jī)控制板整體耗電假設(shè)低至2mA，這是極端小的情況了。由于采用的是半波整流，則每個(gè)正半周內(nèi)供電回路需平均供應(yīng)4.5mA電流，在交流電壓峰值時(shí)的電流(也就是流過(guò)發(fā)光二極管的峰值電流)則近似為6.3mA。這個(gè)電流足以推動(dòng)發(fā)光管發(fā)光了。而如果主控板的整體耗電電流增加至超過(guò)15mA，此時(shí)繼續(xù)按照?qǐng)D一的接法時(shí)可能令發(fā)光管回路上的峰值電流超過(guò)50mA，將超出發(fā)光管電流極限值而導(dǎo)致?lián)p毀，這種情況下可以簡(jiǎn)單的在發(fā)光管兩端并聯(lián)一個(gè)分流電阻來(lái)解決。