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：
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圖1 |
由于發(fā)射管由發(fā)射電路提供的特定編碼" title="編碼">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)電流的問題和驅(qū)動(dòng)部分的成本問題依然存在。
有鑒于此，我們經(jīng)過反復(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判斷工件工況。信號(hào)檢測(cè)部分整體電路如圖2。
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圖2 |
相對(duì)于傳統(tǒng)的光電型位置檢測(cè)電路" title="檢測(cè)電路">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過零檢測(cè)電路用于檢測(cè)交流電壓的過零點(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)分流電阻來解決。
Q1內(nèi)部的發(fā)射管在交流負(fù)半周時(shí)因?yàn)镈1的阻斷不發(fā)光，而正半周周期內(nèi)瞬時(shí)電壓超過7V（Vcc++Vd1+Vr1+Vd2）時(shí)Q1的發(fā)射管開始發(fā)光，而且在正半周峰值時(shí)發(fā)光亮度達(dá)到最高。在反光效率不變的情況下此時(shí)接收管輸出訊號(hào)S0最低。此時(shí)如果反射效率足夠，則接收管充分飽和導(dǎo)通，輸出低于比較器低限的低電平，即此時(shí)U1A/U1B輸出S1=1, S2=1，U2A輸出為1，設(shè)此時(shí)狀態(tài)為“狀態(tài)1”；反之，在交流電負(fù)半周峰值（波谷）時(shí)光電接收管截止，光電接收管輸出高于窗口比較器高限的高電平，即此時(shí)U1A/U1B輸出S1= 0, S2=0，U2A輸出也為1。設(shè)此時(shí)狀態(tài)為“狀態(tài)2”。而如果反光效果不佳，在波峰時(shí)S0的輸出電平仍然高于V1，或者環(huán)境光較強(qiáng)導(dǎo)致在波谷時(shí)輸出電平S0仍然低于V0，這樣S1S2的輸出不是剛好為“00”或“11”，則U2A輸出為低，這樣采用上述電路實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)工件位置很近、反射很強(qiáng)時(shí)電路輸出為高；目標(biāo)工件位置較遠(yuǎn)、反射較弱時(shí)電路輸出也為高；只有目標(biāo)工件位置變化，或者穿孔輪式光電開關(guān)輪子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)才會(huì)導(dǎo)致反射光強(qiáng)度變化不定，電路才會(huì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生負(fù)向脈沖的目的。當(dāng)然，如果要判斷工件是靠得很近還是較遠(yuǎn)，只需讀取U1a/U1b兩個(gè)比較器的輸出就可以了。