信标灯盘光电检测

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简 介： 本文测试了基于LM567的反射式光电管用于信标灯检测车模通过的功能。通过实验给出了对于原来信标灯的修改方案。
关键词： 节能型表，LM567，红外检测，智能车竞赛

01 调制解调检测

一、实验背景

  在很多场合需要使用到物体光电检测，常用到的方法就是使用调制的红外发射管照射物体，通过物体的反射将调试的红外光线送入红外光电检测管，经过放大检测之后反映物体是否存在以及相对的远近。

  之所以需要对于检测的红外光线进行调试主要是为了避免环境光线的影响。特别是室外的日光中包含有大量的红外线。

  在 反射式红外光电管 ITR8307[1] 、 利用反射光电管 ITR9909 制作节能信标光电感应开关[2]  分别测试了基于反射式一体化红外光电管检测方案。其中使用了ESP32进行实验。为了进一步简化电路设计，下面测试利用LM567的检测方案。

二、LM567方案

1、参考设计方案

  在购买  IRPT42-21系列的亿光贴片3224 红外对管[3] 中，网页上给出了 基于LM567的红外检测参考电路[4] 。

▲ 图1.1 基于LM567的反射式红外检测电路

2、电路设计参数

(1) 基本特性

  LM567 是一款通用音频解调集成电路。LM567集成有 I、Q 正交检测电路，检测频率有压控振荡器确定。当有被检测音频信号输入的时候，输出关键（PIN8）就变为低电平。

▲ 图1.2 输入交流信号与输出检测信号
  • 电路设计参数：
  • ① 脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍。
  • ③ 脚是输入端，要求输入信号≥25mV，最佳值为200mv左右。
  • ④ 脚是电源正极
  • ⑤、⑥ 脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，f0≈1/1.1RC。
  • ⑦ 脚是电源地
  • ⑧ 脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。

  LM567的工作电压为4.75～9V，工作频率从直流到500kHz，静态工作电流约8mA。

▲ 图1.2.1 管脚定义
▲ 图1.2.2 使用基本参数

(2) 频率特性

  根据 LM567数据手册[5] ，LM567的振荡频率由R1,C1决定：

  ●  其中参数：
   R1：定时电阻
   C1：定时电容

  LM567检测带宽为：

  ●  其中参数：
   Vi：输入信号幅值(Volt,rms)，Vi<200mV
   C2：PIN2电容（uF)

02 实验测试

一、基本测试

1、实验电路原理图

▲ 图2.1 实验电路原理图

  根据振荡频率公式可以计算出该电路中心频率：

2、实验电路

▲ 图2.2  面包板上测试电路

3、测试数据

  ●  工作条件：
   工作电压：+5V
   工作电流：8mA

(1) 振荡频率

  使用FLUKE45 频率测量功能，测试电路工作频率为：24.334kHz。

▲ 图2.3.1 震荡波形：Ch1:PIN5, Ch2:PIN6

(2) 工作电压与振荡频率

  通过DP1308A可编程直流电压提供不同的工作电源，测量不同电压下振荡频率。

  ●  测量条件：
   电压范围：3.5~8V
   测量仪表： ：Fluke45

▲ 图2.3.1 不同的工作电压与振荡频率

二、检测信号

  使用 DG1062[6] 可编程信号源输出峰峰值为1V的正弦波，测量LM567信号检测能力。

1、不同频率下输出信号

(1) 输入信号幅值：1Vpp

  ●  测试条件：
   工作电压：+5V
   输入信号幅值：1Vpp
   输入信号范围：22kHz-26kHz

▲ 图2.2.1 不同频率的对应的输出电压

(2) 输入信号幅值：0.5Vpp

▲ 图2.2.2 不同频率下输出电压

(3) 输入信号幅值：2Vpp

▲ 图2.2.3 不同频率下输出电压

(4) 输入信号幅值：100mVpp

▲ 图2.2.4 不同频率下输出电压

▓ 测试结论

  根据LM567数据手册显示，当输入信号的幅值超过 200mVrms (566mVpp) 检测带宽都是一样的。当输入信号的幅值小于200mVrms，之后，检测带宽随着输入信号幅值减低而单调下降。

▲ 图2.2.5 不同幅值下的检测带宽

2、输入方波信号

  ●  测试条件：
   信号波形：方波
   信号幅值：1Vpp
   扫频范围：22kHz~26kHz

  下图为在输入信号不同频率下的输出电压信号幅值。可以看到信号的波形对于检测带宽没有影响。

▲ 图2.2.6 不同频率下的输出电压信号

03 红外检测

一、实验电路

1、电路原理图

▲ 图3.1.1 测试电路

  根据LM567振荡频率计算公式，可以获得，电路振荡频率为：

2、实验面包板

▲ 图3.1.2 实验面包板

  测量电路的振荡频率为：5.43kHz。

二、测试结果

1、ITR8307

  使用 ITR8307[7] ，当距离白纸前面1.5厘米左右，输出PIN8信号开始出现转变。

▲ 图3.1.3.0 检测距离大约1.5厘米

  在临界距离的时候，PIN8输出为脉冲波形。在此距离之前和之后输出电压为高电平与低电平。

▲ 图3.1.3 处在临界状态下PIN8的输出波形

2、ITR9909

  使用 ITR9909[8] 检测距离大约16厘米。

▲ 图3.1.4 使用ITR9909检测距离达到16厘米

三、测试发光盘的影响

  测试发光品的红外线对于检测影响。

1、没有灯罩的情况下

  将ITR9909放置在放光盘的中央，朝上。开启发光盘，对于输出没有影响。

▲ 图3.3.1  测试发光盘的影响

2、加上灯罩

  使用白纸模拟灯罩。如果白纸不开口，则灯罩会使得检测输出信号。

  在白纸上开设20×20mm的透明孔，将光电管暴露出，则不会影响物体检测。

▲ 图3.2.1 在检测器上面放置开口白纸

04 修改方案

  下面给出在 现在版本信标灯[9] 的基础上对于如何修改使其能够满足光电检测要求。

一、节能信标电路

1、工作电源

  由于LM567工作电源范围为  3.5V ~ 8.5V，所以可以在原来电路的 U8开关电源输出的 8V 引出作为LM567的工作电源。

2、检测电路

  使用前面测试的电路。主要修改：

  • 将工作电源修改为8V；
  • 修改RLED 从原来的100Ω修改为在150 ~ 200Ω；
  • 对于RL上拉电压修改为3.3V。
  • 将输出信号连接到原来PH2插座的PIN7管脚，代替原来的HALL传感器的输入端。
▲ 图4.1 检测电路

  可以将上述电路集成在发光盘板上。发光盘可以进一步减少。

二、灯罩

  在原来的灯罩中心开启直径为1.5 ~ 2厘米的圆孔，实测灯罩不会引起光蛋吗传感器触发。

▲ 图4.2 在发光盘中心开一个直径1.5 ~ 2 厘米的圆孔

※ 实验总结 ※

  本文测试了基于LM567的反射式光电管用于信标灯检测车模通过的功能。通过实验给出了对于原来信标灯的修改方案。

参考资料

[1]

反射式红外光电管 ITR8307: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/120116131

[2]

利用反射光电管 ITR9909 制作节能信标光电感应开关: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/120227205

[3]

IRPT42-21系列的亿光贴片3224 红外对管: https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.2d532e8d4d7MIi&id=630300518077&_u=fnvskcd59d1

[4]

基于LM567的红外检测参考电路: https://img.alicdn.com/imgextra/i2/2207409962546/O1CN01p3cqMR1Ug73riCASC_!!2207409962546.jpg

[5]

LM567数据手册: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm567c.pdf

[6]

DG1062: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/110824422

[7]

ITR8307: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/120162309

[8]

ITR9909: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/120209016

[9]

现在版本信标灯: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/115040882



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