一種主動式靠近感應(yīng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種主動式靠近感應(yīng)的裝置，尤其涉及一種不含硬件比較器的主動式靠近感應(yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]靠近感應(yīng)裝置作為一種自動觸發(fā)裝置廣泛的用于各個領(lǐng)域和產(chǎn)品。目前常見的主動式紅外靠近自動感應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)一般如圖1所示。它一般包含紅外發(fā)射模塊、紅外感應(yīng)模塊、電壓比較模塊、邏輯判斷模塊組成。工作時紅外發(fā)射模塊在邏輯判斷模塊的控制下按一定的規(guī)律發(fā)射紅外光;紅外感應(yīng)裝置不斷的接收同頻段的紅外光，并把光信號輸出到電壓比較模塊;電壓比較模塊把感應(yīng)光電壓與設(shè)定的電壓比較，如果光電壓大于閾值，則認(rèn)為有物體靠近紅外感應(yīng)裝置，如果電壓低于閾值，則認(rèn)為沒有物體靠近。
[0003]這種傳統(tǒng)的主動紅外感應(yīng)裝置，只要反射的紅外光達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閾值，則可以觸發(fā)感應(yīng)(即認(rèn)為有物體靠近)，原理簡單，容易實(shí)現(xiàn)。但是也存在明顯的缺點(diǎn):首先，感應(yīng)區(qū)域內(nèi)必須確保沒有任何反射物體(即障礙物)，因?yàn)檎系K物會反射紅外光而導(dǎo)致感應(yīng)裝置可能一直處于觸發(fā)狀態(tài);其次，無法感應(yīng)物體是否正在靠近或者離開，而只能獲得感應(yīng)和無感應(yīng)兩種狀態(tài);再次，感應(yīng)的靈敏度出廠即固定，無法調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)需要改變硬件參數(shù)，例如比較電壓閾值，信號放大倍數(shù)等)，因此對于不同反色率的物體感應(yīng)靈敏度相差很大。
[0004]另外，傳統(tǒng)的主動紅外感應(yīng)裝置包括電壓比較模塊，使得結(jié)構(gòu)較為負(fù)責(zé)，本實(shí)用新型正是針對傳統(tǒng)方案的這些缺陷而設(shè)計的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型目的在于克服現(xiàn)有紅外感應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且容易因?yàn)楹唵伍撝蹬袛喽鸬闹T多缺陷，提供一種基于數(shù)字信號處理的主動紅外感應(yīng)裝置，具體方案如下。
[0006]—種主動式靠近感應(yīng)裝置，其包括光發(fā)射模塊、光感應(yīng)模塊、集成模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC的微處理器，但不包括電壓比較模塊;所述光發(fā)射模塊的輸入端和微處理器的通用I/O端口相連;所述光感應(yīng)模塊的輸出端和微處理器的ADC的輸入端相連，光感應(yīng)模塊輸出給所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC輸入端的是感應(yīng)光對應(yīng)的未經(jīng)二值化即未經(jīng)電壓比較處理的模擬電壓信號;所述微處理器控制光發(fā)射模塊發(fā)射光信號，光感應(yīng)模塊獲得對應(yīng)的反射光信號輸出給所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC，微處理器通過對所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC獲得的感應(yīng)光信號進(jìn)行檢測，獲得感應(yīng)物體的靠近、遠(yuǎn)離或不動狀態(tài)。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光發(fā)射模塊發(fā)射的光線是紅外光;所述光感應(yīng)模塊帶有濾光裝置，并且濾光裝置的通道覆蓋了光發(fā)射模塊所發(fā)射的紅外光的頻段。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光發(fā)射模塊由晶體管電路驅(qū)動的發(fā)光二極管組成。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光感應(yīng)模塊是由光敏二極管及與其串聯(lián)的電阻組成。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光感應(yīng)模塊還集成了信號放大器，對光信號進(jìn)行放大。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光感應(yīng)模塊還包括用于對感應(yīng)光信號進(jìn)行降噪處理的濾波器。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光發(fā)射模塊為可見光發(fā)射模塊或紅外光發(fā)射模塊。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光發(fā)射模塊以小于200毫秒的周期發(fā)射光脈沖，光脈沖的占空比小于30%。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光發(fā)射模塊周期性發(fā)射的光脈沖經(jīng)過大于IKHz的載波進(jìn)行調(diào)制;所述光感應(yīng)模塊對接收到的光信號進(jìn)行解調(diào)后才輸出給微處理器。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選地，微處理器通過對ADC獲得的感應(yīng)光信號進(jìn)行邊沿檢測，獲得感應(yīng)物體的狀態(tài)(靠近，遠(yuǎn)離，不動)。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選地，微處理器在做邊沿檢測之前，對感應(yīng)光信號進(jìn)行降噪處理和消除工頻干擾(50Hz或60Hz)。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:
[0018]1.結(jié)構(gòu)更為簡單，成本更低，效率更高。
[0019]2.當(dāng)感應(yīng)區(qū)內(nèi)有其他反射物(障礙物)的情況下，也可以正常感應(yīng)的其他物體進(jìn)入和離開感應(yīng)區(qū)；而傳統(tǒng)感應(yīng)裝置在感應(yīng)區(qū)域內(nèi)不能有任何可以檢測到的物體存在，否則將無法檢測其他物體是否進(jìn)入感應(yīng)區(qū)。
[0020]3.本實(shí)用新型感應(yīng)裝置不僅可以檢測是否有物體進(jìn)入感應(yīng)區(qū)域，而且可以通過感應(yīng)光信號的變大或者變小來判斷該物體是在正在靠近還是遠(yuǎn)離感應(yīng)裝置。
[0021]4.由于本實(shí)用新型感應(yīng)裝置檢查的是光信號的變化量，而非絕對量，因此不僅可以使用紅外光，也可以使用可見光進(jìn)行感應(yīng)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)感應(yīng)裝置檢查的是光信號的絕對量，因此容易受環(huán)境光的影響，因此不適宜用可見光。
【附圖說明】
[0022]圖1為傳統(tǒng)主動式紅外靠近自動感應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明的主動式靠近感應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為本實(shí)施例主動式感應(yīng)裝置光發(fā)射模塊發(fā)射的光信號圖。
[0025]圖4和圖5為本實(shí)施例主動式感應(yīng)裝置光光感應(yīng)模塊在有物體正在進(jìn)入感應(yīng)區(qū)時的兩種情況輸出的信號。
[0026]圖6和圖7為本實(shí)施例主動式感應(yīng)裝置光光感應(yīng)模塊在有物體正在離開感應(yīng)區(qū)時的兩種情況輸出的信號。
[0027]圖8為實(shí)例中的主動式靠近感應(yīng)裝置的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施進(jìn)行說明，需指出的是，本實(shí)用新型關(guān)鍵是對硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，具體涉及的軟件編程是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況編程修改的。
[0029]如圖2所示，一種主動式靠近感應(yīng)裝置，其包括光發(fā)射模塊、光感應(yīng)模塊、集成模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC的微處理器(微控制器)，但不包括電壓比較模塊;所述光發(fā)射模塊的輸入端和微處理器的通用I/O端口相連;所述光感應(yīng)模塊的輸出端和微處理器的ADC的輸入端相連，光感應(yīng)模塊輸出給所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC輸入端的是感應(yīng)光對應(yīng)的未經(jīng)二值化即未經(jīng)電壓比較處理的模擬電壓信號;所述微處理器控制光發(fā)射模塊發(fā)射光信號，光感應(yīng)模塊獲得對應(yīng)的反射光信號輸出給所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC，微處理器通過對所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC獲得的感應(yīng)光信號進(jìn)行檢測，獲得感應(yīng)物體的靠近、遠(yuǎn)離或不動狀態(tài)。
[0030]如圖8，以下內(nèi)容僅作為一個優(yōu)選的實(shí)施例，主動式靠近感應(yīng)裝置中，微處理器Ul采用STM32F103RB，一個帶有ADC的32位ARM處理器。光發(fā)射模塊由紅外發(fā)光二極管D2，晶體管BSS123、電阻R2和可調(diào)電阻VRl組成。光感應(yīng)模塊由電阻Rl和紅外光敏二極管Dl組成。
[0031]本實(shí)例的工作過程如下:
[0032]1.微控制器按設(shè)定周期在PBl端口輸出正脈沖，如圖3所示。該脈沖信號通過Ql驅(qū)動D2按照上述正脈沖相同的周期和脈沖寬度發(fā)射紅外光。
[0033]2.在感應(yīng)光點(diǎn)亮期間，啟動ADC采集光信號的強(qiáng)度。每個脈沖采集N個數(shù)值并取平均值作為本次脈沖接收到的光信號強(qiáng)度，并做記錄。
[0034]3.實(shí)時對采集到的光感應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)行降噪處理(濾除噪聲和工頻干擾)。
[0035]4.實(shí)時對經(jīng)過降噪的光感應(yīng)信號進(jìn)行判斷，如果感應(yīng)光信號在增大，并且增量和持續(xù)時間超過設(shè)定的閾值，則可以判斷有物體正在進(jìn)入感應(yīng)區(qū)域(或者靠近光感應(yīng)器)；如果光信號在變小，而且減量和持續(xù)時間超過設(shè)定的值則可以判斷有物體正在離開感應(yīng)區(qū)域(或者遠(yuǎn)離感應(yīng)器)；如果光信號維持不變，無論光信號的大小，都是沒有物體正在進(jìn)入或者離開感應(yīng)區(qū)。
[0036]由于本實(shí)用新型感應(yīng)裝置是根據(jù)感應(yīng)光信號的變化情況來判斷是否有物體靠近感應(yīng)區(qū)域一一當(dāng)感應(yīng)光信號增大時，則可以判斷有物體正在進(jìn)入感應(yīng)區(qū)域(或者靠近光感應(yīng)器)；當(dāng)光信號變小時，可以判斷有物體正在離開感應(yīng)區(qū)域(或者遠(yuǎn)離感應(yīng)器)；當(dāng)光信號維持不變，無論光信號的大小，都是沒有物體正在進(jìn)入或者離開感應(yīng)區(qū)；當(dāng)有物體進(jìn)入感應(yīng)區(qū)，并且停止在感應(yīng)區(qū)內(nèi)，則第二個物體進(jìn)入感應(yīng)區(qū)時只要不處于陰影區(qū)則都會引起感應(yīng)光信號的強(qiáng)度變化而被檢測到。
[0037]圖4是在物體進(jìn)入感應(yīng)區(qū)前，感應(yīng)區(qū)內(nèi)沒有可以反射感應(yīng)光的物體存的情況，即感應(yīng)區(qū)域內(nèi)無障礙物的情況。而圖5是在物體進(jìn)入感應(yīng)區(qū)前，感應(yīng)區(qū)內(nèi)已經(jīng)有其他物體反射了一定量的感應(yīng)光到光感應(yīng)模塊中的情況，即感應(yīng)區(qū)域內(nèi)有障礙物的情況。
[0038]圖6是在物體離開感應(yīng)區(qū)后，感應(yīng)區(qū)內(nèi)沒有其他物體可以反射感應(yīng)光的情況，即沒有障礙物。而圖7是在物體離開感應(yīng)區(qū)后，感應(yīng)區(qū)內(nèi)仍存在其他物體反射了一定量的感應(yīng)光到光感應(yīng)模塊中的情況，即感應(yīng)區(qū)域內(nèi)有障礙物。
[0039]實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)被感應(yīng)的物體進(jìn)入和離開感應(yīng)區(qū)域的速度來設(shè)定光脈沖的周期。物體移動越快，脈沖的周期應(yīng)該越短。同時也可以根據(jù)噪聲水平，電路的分布電容情況確定光脈沖的寬度一一光脈沖越寬，感應(yīng)信號的穩(wěn)定時間越長，信號采樣的平均次數(shù)越多，信噪比也越大，同時也約耗電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種主動式靠近感應(yīng)裝置，其特征在于包括光發(fā)射模塊、光感應(yīng)模塊、集成模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC的微處理器，但不包括電壓比較模塊;所述光發(fā)射模塊的輸入端和微處理器的通用I/O端口相連;所述光感應(yīng)模塊的輸出端和微處理器的ADC的輸入端相連，光感應(yīng)模塊輸出給所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC輸入端的是感應(yīng)光對應(yīng)的未經(jīng)二值化即未經(jīng)電壓比較處理的模擬電壓信號;所述微處理器控制光發(fā)射模塊發(fā)射光信號，光感應(yīng)模塊獲得對應(yīng)的反射光信號輸出給所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC，微處理器通過對所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC獲得的感應(yīng)光信號進(jìn)行檢測，獲得感應(yīng)物體的靠近、遠(yuǎn)離或不動狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動式靠近感應(yīng)裝置，其特征在于所述光發(fā)射模塊發(fā)射的光線是紅外光;所述光感應(yīng)模塊帶有濾光裝置，并且濾光裝置的通道覆蓋了光發(fā)射模塊所發(fā)射的紅外光的頻段。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動式靠近感應(yīng)裝置，其特征在于所述光發(fā)射模塊由晶體管電路驅(qū)動的發(fā)光二極管組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動式靠近感應(yīng)裝置，其特征在所述光感應(yīng)模塊是由光敏二極管及與其串聯(lián)的電阻組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動式靠近感應(yīng)裝置，其特征在于所述光感應(yīng)模塊還集成了信號放大器，對光信號進(jìn)行放大。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動式靠近感應(yīng)裝置，其特征在于所述光感應(yīng)模塊還包括用于對感應(yīng)光信號進(jìn)行降噪處理的濾波器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動式靠近感應(yīng)裝置，其特征在于所述光發(fā)射模塊為可見光發(fā)射模塊或紅外光發(fā)射模塊。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種主動式靠近感應(yīng)裝置，包括光發(fā)射模塊、光感應(yīng)模塊、集成模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）的微處理器，但不包括電壓比較模塊；所述光發(fā)射模塊的輸入端和微處理器的通用I/O端口相連；所述光感應(yīng)模塊的輸出端和微處理器的ADC的輸入端相連，其輸出給微處理器ADC輸入端的是感應(yīng)光對應(yīng)的未經(jīng)二值化即未經(jīng)電壓比較處理的模擬電壓信號，所述微處理器控制光發(fā)射模塊發(fā)射光信號，光感應(yīng)模塊獲得對應(yīng)的反射光信號并輸出給ADC，微處理器通過對ADC獲得的感應(yīng)光信號進(jìn)行檢測，獲得感應(yīng)物體的靠近、遠(yuǎn)離或不動狀態(tài)。相比傳統(tǒng)感應(yīng)裝置，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)更為簡單，成本更低，效率更高，功能更強(qiáng)。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN205375070
【申請?zhí)枴緾N201521054490
【發(fā)明人】鄭錫俊, 鄭錫海
【申請人】廣州市鈦碼電子科技有限公司
【公開日】2016年7月6日
【申請日】2015年12月16日