用工頻波作為編碼的光電型位置檢測電路

在傳統(tǒng)的交流供電電器產(chǎn)品中，需要采用光電對管對工件或者零部件的位置進行檢測時，為了濾除環(huán)境光的干擾，通常會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)射部分采用訊號發(fā)生電路和載波發(fā)生電路將訊號波形調(diào)制在一個載波（例如38KHz）上然后以之驅(qū)動發(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)出訊號波形，然后送給相關(guān)電路或者交主機處理。光電對管通常按照安裝位置的不同可分為對射式和反射式，對射式指發(fā)光管的發(fā)光面與接收管的受光面兩兩相對，如果光路暢通，則接收管直接接收發(fā)光管的射出光，或者因為被檢測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驅(qū)動。因此驅(qū)動電路復(fù)雜而成本較高，特別在交流供電設(shè)備中使用時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，另外因為發(fā)射管需要數(shù)毫安甚至數(shù)十毫安的驅(qū)動電流，加上兩個電源部分的消耗，這對整個電路耗電只有數(shù)毫安甚至更小的主控板而言無疑是一個極大的負(fù)擔(dān)，特別是對于以單個二極管半波整流，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）給出一個特定的編碼訊號通過驅(qū)動單元（例如驅(qū)動用MOS管或者雙極型晶體管）驅(qū)動發(fā)光管，接收部分相應(yīng)解碼，由于僅僅相當(dāng)于將訊號和載波產(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)動電流的問題和驅(qū)動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。其特點是發(fā)光管直接由220V/110V交流電經(jīng)整流降壓后驅(qū)動，利用交流供電電流直接驅(qū)動LED，而主機部分供電串接在同一回路中，公用同一驅(qū)動電流。并且在接收電路內(nèi)部采用檢測3個以上交流電周期訊號的特征作為有效編碼來判斷工件工況。信號檢測部分整體電路如圖2。

圖2

相對于傳統(tǒng)的光電型位置檢測電路，圖2的光電對管Q1的驅(qū)動電路異常簡單。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)動電流可以通過R1的阻值調(diào)節(jié)，而此回路同時可以串接其它功能電路，例如串接一個穩(wěn)壓管D2//C1用于給主機和其他電路供電等。R3/R4過零檢測電路用于檢測交流電壓的過零點并輸入主控單元作為檢測電路同步信號，用于控制主控電路使之正好在交流電壓的正負(fù)半周峰值時檢測光電接收管的輸入訊號。

首先我們計算一下發(fā)光管的驅(qū)動電流：在最惡劣的情況下，設(shè)主機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。這個電流足以推動發(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，此時繼續(xù)按照圖一的接法時可能令發(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，這種情況下可以簡單的在發(fā)光管兩端并聯(lián)一個分流電阻來解決。