CN220552979U - 一种漫反射传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种漫反射传感器，包括电源模块、发射与接收模块、主控模块和输出模块，所述电源模块分别与所述发射与接收模块、主控模块和输出模块连接，所述主控模块分别与所述发射与接收模块和所述输出模块连接；所述电源模块用于将输入电压转换为工作电压，为所述发射与接收模块、主控模块和输出模块进行供电；所述发射与接收模块用于发射并接收光信号，将接收到的光信号转换为电压信号，通过运算放大器对该电压信号放大后输出至所述主控模块；所述主控模块用于接收放大后的电压信号，根据所述电压信号输出高低电平，控制所述输出模块中输出三极管的导通截止状态，能够直观的知悉检测物体的有无，电路结构简单、材料成本低、性价比高。

Description

一种漫反射传感器

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种漫反射传感器。

背景技术

漫反射光学传感器，是一种发射器和接收器置于一体的光学传感器，常态下接收器无法接收到发射器发出的光信号，当待测物体进入监控区域，发射器发射的检测光束垂直照射在待测物体表面，形成漫反射效应，部分光线反射回传感器，检测器接收到光信号，输出电信号。

然而目前市面上使用的漫反射光学传感器大部分由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源、发光二极管、激光二极管及红外发射二极管，光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度，受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行，接收器有光电二极管或光电三极管、光电池组成，在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等，在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。以上光电传感器虽能准确的对物体的有无、距离和性质等进行检测，但是所涉及的电路结构复杂、器件选型成本高，且无法直观的通过电路知悉检测物体的有无。因此如何简化漫反射光学传感器的电路结构、降低其制作成本，是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种漫反射传感器，用以解决如何简化漫反射光学传感器的电路结构、降低其制作成本的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种漫反射传感器，包括：电源模块、发射与接收模块、主控模块和输出模块，所述电源模块分别与所述发射与接收模块、主控模块和输出模块连接，所述主控模块分别与所述发射与接收模块和所述输出模块连接；

所述电源模块用于将输入电压转换为工作电压，为所述发射与接收模块、主控模块和输出模块进行供电；

所述发射与接收模块用于发射并接收光信号，将接收到的光信号转换为电压信号，通过运算放大器对该电压信号放大后输出至所述主控模块；

所述主控模块用于接收放大后的电压信号，根据所述电压信号输出高低电平，控制所述输出模块中输出三极管的导通截止状态。

进一步地，所述电源模块包括电阻R1、电阻R2、整流二极管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、MOS管Q1、电容C1和电容C2；

所述整流二极管D1的阳极接入输入电压VCC_IN，所述整流二极管D1的阴极与电阻R1串联，所述稳压二极管D2并联设置在所述电容C1的两端，所述稳压二极管D2的阴极与所述电容C1共接后与所述电阻R1连接，所述稳压二极管D2的阳极与所述电容C1共接后接地；

所述电阻R2并联设置在所述MOS管Q1的基极和集电极之间，所述MOS管Q1的集电极与所述电阻R2共接后与所述电容C1连接，所述MOS管Q1的基极与所述电阻R2共接后与所述稳压二极管D3的阴极连接，所述稳压二极管D3的阳极接地；所述MOS管Q1的发射极与所述电容C2连接后接地。

进一步地，所述电源模块用于将24V的输入电压转换为5V的工作电压，为所述发射与接收模块、主控模块和输出模块进行供电。

进一步地，所述发射与接收模块包括发光二极管、光电接收管、采样电阻和运算放大器；

所述发光二极管用于持续发射光信号；

所述光电接收管用于接收反射后的光信号，并将接收的光信号转换为电流信号；

所述采样电阻与所述光电接收管串联，用于将电流信号转换为电压信号；

所述运算放大器与所述主控模块连接，用于将所述电压信号进行放大，并将放大后的电压信号输出至所述主控模块。

进一步地，所述主控模块包括主控MCU；

所述主控MCU用于接收放大后的电压信号，当放大后的电压信号大于等于预设的电压阈值时输出高电平，当放大后的电压信号小于预设的电压阈值时输出低电平。

进一步地，所述主控模块还包括与所述主控MCU连接的指示灯和调节旋钮；

所述指示灯包括红色LED指示灯和绿色LED指示灯。

进一步地，所述输出模块包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、压敏电阻R10、MOS管Q2和输出三极管Q3；

所述电阻R3的一端与所述主控模块的OUT_DRIVER引脚连接，所述电阻R3的另一端与所述MOS管Q2的基极连接，所述MOS管Q2的发射极与所述电阻R6连接后接地，所述电阻R4并联设置在所述电阻R6和所述MOS管Q2的基极之间；

所述MOS管Q2的发射极与所述输出三极管Q3的基极之间通过电阻R5连接，所述输出三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极与所述电阻R7连接；所述MOS管Q2的集电极与所述压敏电阻R10连接，所述压敏电阻R10的另一端接地。

进一步地，所述输出模块还用于连接负载，所述MOS管Q2的集电极与所述压敏电阻R10共接后引出有OUT引脚，所述负载与所述OUT引脚连接。

进一步地，还包括与所述电源模块和所述输出模块连接的保护模块，所述保护模块包括反极性保护单元、短路保护单元和过载保护单元。

进一步地，所述反极性保护单元用于当所述电源模块正反接时，向所述电源模块提供电路保护；

所述短路保护单元用于当电路发生短路时，向所述输出模块提供短路保护；

所述过载保护单元用于当电路出现过载时，向所述输出模块提供过载保护。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种漫反射传感器，具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种漫反射传感器，设置电源模块将24V的输入电压降压到5V，为发射与接收模块、主控模块和输出模块进行供电，上电之后由发射与接收模块的发光二极管持续发射光信号，由光电接收管接收光信号通过串联采样电阻的方式将电流信号转换为电压信号，由主控模块的主控MCU将该电压信号与预设的电压阈值进行比较，以控制输出模块中输出三极管的导通截止状态，能够直观的知悉检测物体的有无，所应用的电路结构简单、材料成本低，性价比高，能够实现不同距离的检测，有效适应于各种检测场景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据这些附图获得的其他的附图，都属于本申请保护的范围。

图1是本实用新型实施例提供的一种漫反射传感器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种漫反射传感器中电源模块的电路原理图；

图3是本实用新型实施例提供的一种漫反射传感器中发射与接收模块的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种漫反射传感器中主控模块的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种漫反射传感器中输出模块的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本实用新型的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本实用新型具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；文本中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个，其它量词与之类似应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，并且在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1-图5，为了解决如何简化漫反射光学传感器的电路结构、降低其制作成本的问题，本申请提供了一种漫反射传感器。如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种漫反射传感器的结构示意图，该漫反射传感器包括电源模块、发射与接收模块、主控模块和输出模块，其中电源模块分别与上述发射与接收模块、主控模块和输出模块连接，主控模块分别与发射与接收模块和输出模块连接。

上述电源模块用于将输入电压转换为工作电压，为发射与接收模块、主控模块和输出模块进行供电，在本申请提供的一个具体实施例中，该电源模块用于将24V的输入电压转换为5V的工作电压。

请参照图2，为本实用新型实施例提供的一种漫反射传感器中电源模块的电路原理图，可以观察到该电源模块包括电阻R1、电阻R2、整流二极管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、MOS管Q1、电容C1和电容C2；其中，

整流二极管D1的阳极接入输入电压VCC_IN，整流二极管D1的阴极与电阻R1串联，稳压二极管D2并联设置在电容C1的两端，稳压二极管D2的阴极与电容C1共接后与电阻R1连接，稳压二极管D2的阳极与电容C1共接后接地；电阻R2并联设置在MOS管Q1的基极和集电极之间，MOS管Q1的集电极与电阻R2共接后与电容C1连接，MOS管Q1的基极与电阻R2共接后与稳压二极管D3的阴极连接，稳压二极管D3的阳极接地，MOS管Q1的发射极与电容C2连接后接地，图中V5P0指的是经电源模块转换为5V的电压，从而实现通过电源模块将24V的输入电压转换为5V的工作电压，为发射与接收模块、主控模块和输出模块进行供电。

进一步地，上述发射与接收模块包括发光二极管、光电接收管、采样电阻和运算放大器，发射与接收模块用于发射并接收光信号，将接收到的光信号转换为电压信号，通过运算放大器对该电压信号放大后输出至主控模块。

请参照图3，为本实用新型实施例提供的一种漫反射传感器中发射与接收模块的结构示意图；其中发光二极管用于持续发射光信号，由于本申请实现的是一种漫反射传感器，而漫反射传感器的工作原理是利用光的反射和散射现象，通过发射光线并接收反射光线来检测物体的存在，光源通常设置为发光二极管，它会发射出光线，当这束光线照射在物体上时，一部分光线会被物体吸收，一部分光线会被物体反射，当反射光线照射到光电接收管时它会产生电信号，这个电信号的强度取决于反射光线的强度，因此本申请设置光电二极管持续发射光信号，设置光电接收管接收反射后的光信号，将接收到的光信号转换为电流信号。

需要进行说明的是，由于转换后的电流信号一般都是nA级别的，很小不容易检测，因此本申请实施例在光电接收管串联一个几十千欧的采样电阻将该电流信号转换为可检测的电压信号，同时设置运算放大器，对该电压信号进行放大，并将放大后的电压信号输出至主控模块。

作为一种可选的实施方式，主控模块用于接收放大后的电压信号，根据电压信号输出高低电平，控制输出模块中输出三极管的导通截止状态。请参照图4，为本实用新型实施例提供的一种漫反射传感器中主控模块的结构示意图，该主控模块包括主控MCU、以及与该主控MCU连接的指示灯和调节旋钮；主控MCU可以选用常见的单片机(Single-ChipComputer，单片微型计算机)、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)进行实现，本申请在此对主控MCU具体选用的型号不做限制。

进一步地，主控MCU用于接收放大后的电压信号，由于主控MCU内预设有一定的电压阈值，当放大后的电压信号大于等于预设的电压阈值时输出高电平，当放大后的电压信号小于预设的电压阈值时输出低电平。需要进行说明的是，这里设置电压阈值以及比较通过比较电压信号与电压阈值之间的大小关系以输出高低电平，是本领域技术人员利用现有的计算机程序开发平台或熟知的编程方法可以容易实现的简单功能，属于已知计算机程序(包括现有协议、标准等)及其常规、适应性的应用。

另外，本申请之所以需要通过电源模块将24V的输入电压转换为5V的工作电压，是由于所使用的主控MCU和运算放大器的额定电压为5V，本领域技术人员可以根据实际的工作电压需求对电压模块各元器件的具体参数进行调整，以提供所需的工作电压。

进一步地，指示灯为LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)指示灯，具体包括红色LED指示灯和绿色LED指示灯，其中绿色LED灯作为电源指示灯进行使用，红色LED灯用于感应是否存在物体，当然也可以根据漫反射传感器的其它工作状态对指示灯的数量、颜色进行适应性调整，本申请对此不做进一步限制。

作为一种可选的实施方式，本申请还设置有调节旋钮，每个检测距离都预设有对应的电压阈值，在改变了漫反射传感器的检测距离后，可以通过调节旋钮根据目前的检测距离调整其对应的电压阈值，即每个检测距离都可以通过调节旋钮调节到对应的电压阈值，从而实现不同检测距离的应用。

在本申请提供的一个具体实施例中，请参照图5，为本实用新型实施例提供的一种漫反射传感器中输出模块的电路原理图；该输出模块包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、压敏电阻R10、MOS管Q2和输出三极管Q3；电阻R3的一端与主控模块的OUT_DRIVER引脚连接，电阻R3的另一端与所述MOS管Q2的基极连接，MOS管Q2的发射极与电阻R6连接后接地，电阻R4并联设置在电阻R6和所述MOS管Q2的基极之间；MOS管Q2的发射极与输出三极管Q3的基极之间通过电阻R5连接，输出三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极与所述电阻R7连接；MOS管Q2的集电极与压敏电阻R10连接，压敏电阻R10的另一端接地。

当放大后的电压信号大于等于预设的电压阈值时OUT_DRIVER引脚输出高电平，输出三极管Q3导通，当放大后的电压信号小于预设的电压阈值时OUT_DRIVER引脚输出低电平，输出三极管Q3截止；即漫反射传感器检测到物体时，输出三极管Q3导通，漫反射传感器未检测到物体时，输出三极管Q3截止；从而实现了通过主控模块输出高低电平信号，以控制输出模块中输出三极管Q3的导通截止状态。

作为一种可选的实施方式，上述输出模块还可以用于连接负载，这里的负载指的是连接在电路中消耗电能的电源两端的电子元件，当需要将负载与本申请所提供的漫反射传感器进行连接以实现某种电路功能时，可以将MOS管Q2的集电极与压敏电阻R10共接后引出OUT引脚，将该负载与OUT引脚进行连接，以上仅为本申请所提供的漫反射传感器的一种具体应用实施例，并不作为对其具体应用方式的进一步限定，本领域技术人员应当知悉。

作为一种可选的实施方式，本申请所提供的漫反射传感器还包括与电源模块和输出模块连接的保护模块，保护模块包括反极性保护单元、短路保护单元和过载保护单元；其中，反极性保护单元用于当电源模块正反接时，向电源模块提供电路保护，短路保护单元用于当电路发生短路时，向输出模块提供短路保护；过载保护单元用于当电路出现过载时，向输出模块提供过载保护。

请继续参照图5，其中NPN_Short引脚连接主控MCU，以实现短路保护单元的短路保护作用，当然现有技术中已经公开了很多成熟的在应用的反极性保护电路、短路保护电路、过载保护电路，且能够实现本申请所提供的保护模块所能实现的技术效果。因此本申请在此对保护模块中各单元的具体电路结构不做详细说明，只要能够上述上述各单元所能实现的技术效果所选用的电路结构都是可行的，本领域技术人员应当知悉。

本实用新型提供的一种漫反射传感器，设置电源模块将24V的输入电压降压到5V，为发射与接收模块、主控模块和输出模块进行供电，上电之后由发射与接收模块的发光二极管持续发射光信号，由光电接收管接收光信号通过串联采样电阻的方式将电流信号转换为电压信号，由主控模块的主控MCU将该电压信号与预设的电压阈值进行比较，以控制输出模块中输出三极管的导通截止状态，可以直观的知悉检测物体的有无，且所应用的电路结构简单、材料成本低，性价比高，能够实现不同距离的检测，有效适应于各种检测场景。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种漫反射传感器，其特征在于，包括：电源模块、发射与接收模块、主控模块和输出模块，所述电源模块分别与所述发射与接收模块、主控模块和输出模块连接，所述主控模块分别与所述发射与接收模块和所述输出模块连接；

所述电源模块用于将输入电压转换为工作电压，为所述发射与接收模块、主控模块和输出模块进行供电；

所述发射与接收模块用于发射并接收光信号，将接收到的光信号转换为电压信号，通过运算放大器对该电压信号放大后输出至所述主控模块；

所述主控模块用于接收放大后的电压信号，根据所述电压信号输出高低电平，控制所述输出模块中输出三极管的导通截止状态。

2.如权利要求1所述的一种漫反射传感器，其特征在于，所述电源模块包括电阻R1、电阻R2、整流二极管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、MOS管Q1、电容C1和电容C2；

所述整流二极管D1的阳极接入输入电压VCC_IN，所述整流二极管D1的阴极与电阻R1串联，所述稳压二极管D2并联设置在所述电容C1的两端，所述稳压二极管D2的阴极与所述电容C1共接后与所述电阻R1连接，所述稳压二极管D2的阳极与所述电容C1共接后接地；

所述电阻R2并联设置在所述MOS管Q1的基极和集电极之间，所述MOS管Q1的集电极与所述电阻R2共接后与所述电容C1连接，所述MOS管Q1的基极与所述电阻R2共接后与所述稳压二极管D3的阴极连接，所述稳压二极管D3的阳极接地；所述MOS管Q1的发射极与所述电容C2连接后接地。

3.如权利要求1所述的一种漫反射传感器，其特征在于，所述电源模块用于将24V的输入电压转换为5V的工作电压，为所述发射与接收模块、主控模块和输出模块进行供电。

4.如权利要求1所述的一种漫反射传感器，其特征在于，所述发射与接收模块包括发光二极管、光电接收管、采样电阻和运算放大器；

所述发光二极管用于持续发射光信号；

所述光电接收管用于接收反射后的光信号，并将接收的光信号转换为电流信号；

所述采样电阻与所述光电接收管串联，用于将电流信号转换为电压信号；

所述运算放大器与所述主控模块连接，用于将所述电压信号进行放大，并将放大后的电压信号输出至所述主控模块。

5.如权利要求1所述的一种漫反射传感器，其特征在于，所述主控模块包括主控MCU；

所述主控MCU用于接收放大后的电压信号，当放大后的电压信号大于等于预设的电压阈值时输出高电平，当放大后的电压信号小于预设的电压阈值时输出低电平。

6.如权利要求5所述的一种漫反射传感器，其特征在于，所述主控模块还包括与所述主控MCU连接的指示灯和调节旋钮；

所述指示灯包括红色LED指示灯和绿色LED指示灯。

7.如权利要求1所述的一种漫反射传感器，其特征在于，所述输出模块包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、压敏电阻R10、MOS管Q2和输出三极管Q3；

所述电阻R3的一端与所述主控模块的OUT_DRIVER引脚连接，所述电阻R3的另一端与所述MOS管Q2的基极连接，所述MOS管Q2的发射极与所述电阻R6连接后接地，所述电阻R4并联设置在所述电阻R6和所述MOS管Q2的基极之间；

所述MOS管Q2的发射极与所述输出三极管Q3的基极之间通过电阻R5连接，所述输出三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极与所述电阻R7连接；所述MOS管Q2的集电极与所述压敏电阻R10连接，所述压敏电阻R10的另一端接地。

8.如权利要求7所述的一种漫反射传感器，其特征在于，所述输出模块还用于连接负载，所述MOS管Q2的集电极与所述压敏电阻R10共接后引出有OUT引脚，所述负载与所述OUT引脚连接。

9.如权利要求1所述的一种漫反射传感器，其特征在于，还包括与所述电源模块和所述输出模块连接的保护模块，所述保护模块包括反极性保护单元、短路保护单元和过载保护单元。

10.如权利要求9所述的一种漫反射传感器，其特征在于，所述反极性保护单元用于当所述电源模块正反接时，向所述电源模块提供电路保护；

所述短路保护单元用于当电路发生短路时，向所述输出模块提供短路保护；

所述过载保护单元用于当电路出现过载时，向所述输出模块提供过载保护。