本文介绍的红外线反射式位置检测器,它的最大特点是实现了工作频率的同步,使得电路工作性能稳定,抗干扰能力强,还具有电源范围宽,检测距离远等特点。如配接适当的接口电路,可作报警电路的传感器,以及自控系统中的各种位置检测器。

工作原理:电路见图1。555时基电路输出的占空比约为1:4的方波加在红外发射管PH303上,使它发出的光为脉冲红外光,并向外辐射。当被检测物进入检测区域时,红外光被反射回来,照射在红外接收管PH302上,并使它以相同的频率进行“截止和导通”。接收管上的交变电压信号经R5、C3耦合至运放LM741进行放大。R7为负反馈电阻,调整它可改变运放的放大倍数。LM741⑥脚输出被放大了的信号经C4耦合至LM567。当LM567③脚输入信号的频率同它自身的基准锁相频率相同时,则⑧脚输出端变为低电平(平时为高电平),检测指示VH发光,输出端电位同时变为低电平。VD2为电源反接保护二极管,R10、VD3是为防止OUT端对正负电源短路而设置的,同时兼作输出耦合元件。
LM567是频率译码专用集成电路,具有一定的同步带。锁相中心频率由⑤、⑥脚外接RC值决定。当LM567工作时,⑤脚有一标准短形脉冲,这个脉冲的频率就是LM567的锁相中心频率,幅值约4V左右。我们利用这一脉冲经C8引至红外发射电路FX555的触发端②脚(FX555实际是一单稳触发器电路),作555的触发脉冲,LM567各脚波形如图2。

555红外发射电路的工作原理是这样的;当②脚输入负脉冲时,555被触发,③脚为高电平(红外发射管截止),⑦脚内接放电管截止,电源通过R1向C1充电,当其上电压充至2/3V\(_{DD}\)时,③脚翻转为低电平(红外发射管工作),⑦脚内接放电管开启将C上所充的电荷迅速释放。当第二个负触发脉冲到来时,重复上述过程。
为了不在触发脉冲的正边误触发555,电路中加入了R2、VD1。
从上述分析和波形图中可看出,当LM567锁相中心频率因某种情况发生变化后,FX555被触发的时间随之提前或延迟,红外发射管的输出频率也随之改变。因C1充电时间是不变的,所以只会影响发射管上的占空比。这样就实现了译码频率和红外发射频率的自动同步跟踪。
元器件选择:时基电路D1选用FX555,也可用其它同类型号,如NF555等;运放D2选用LM741,也可用同类型的MA741等。LM567①脚外接电容可根据实际需要适当加大,加大后电路的特点为⑧脚输出开关特性变好,且开、关有一定的延时。红外线发射接收管型号分别为PH303、PH302;指示发光二极管选用红色Ф5。C1、C7宜选用涤纶电容器,以保证工作频率的稳定;电阻除R3、R8选用1/2W金属膜外,其余选用1/8W碳膜。
调试与安装:印制电路板如图3所示。如元器件选择和安装无误,电路不用调试即可工作。对检测距离的调整,应根据实际检测距离调整R3或R7。

将装调好的印刷板装入一只LA4—2H型控制按扭开关盒内,盒外相应位置钻上红外发射、接收管和指示发光二极管安装孔,从原接线孔引出引线,即成一反射式红外位置传感器。接口电路可根据需要参考有关电路设计,这里不再赘述。
本路反射检测距离可达2米(对于白色墙面),如红外发射管加装聚光镜,距离可更远。如图1所示电路,整机静态工作电流为35mA左右(V\(_{DD}\)=12V),工作频率约10kHz。(周瑜)