高速光電門光強度自適應控制電路的製作方法

2023-08-05 21:15:01 2

本發明高速光電門光強度自適應控制電路涉及的內容屬於電子技術領域，能夠根據環境狀態自動調整光電門的發光強度。

背景技術：

高速藥瓶包裝流水線中的藥粒計數方式逐步地從機械數粒向電子數粒發展，電子數粒有光電門方式和平面成像統計方式兩種，目前的產品以光電門計數方式為主，在此基礎上開發各類具有踢廢功能的高速電子數粒機。在光電門計數方式中，分作光源和接收兩部分，分列於被計數顆粒的兩側，利用被計數顆粒對光線的遮擋而引起光線照度的變化，進行數位化統計，即接收器輸出高、低電平的數位訊號。

在光電門計數方式中，光源部分一般採用LED燈照明。為了使得接收器輸出有效的數位化信息，需要光源部分提供亮度合適的光線，這一亮度應該視接收器的工作需要而定。LED燈照明的亮度可以通過其激勵電流的大小進行調整，雖然能夠很方便地調整光線亮度，但光激勵電流並不是固定於某一個確定的數值。如工作環境的粉塵量增大時，通光能力變弱，為了得到同樣的照度，需要提高光線的亮度，相應地也需要提高光激勵電流；又如LED燈珠存在光衰弱問題，隨著設備工作時間的延長，其發光效率會衰退，在光激勵電流不變的情況下，光亮度會減弱，為了提高亮度，需要增大光激勵電流；另外，當改變接收器的掃描頻率時，相應的光激勵電流也要做出改變，掃描頻率越高其要求的照明亮度也越高，對應的光激勵電流也越大。

目前市面上場上的光電門計數器中有一些是採用固定光電流激勵方式，這樣必須進行定進檢修保養；也有一些是可能通過微處理器的操作界面進行人工設置，以獲得及時調整。如果採用人工調整光電流，不方便實際工作需要，因此，光源的控制電路最好設計成具有自適應功能，能夠跟據接收器的數位化需要自動調整LED燈照明的亮度。本發明所採用的光源控制電路能夠很好地適應這一工作要求。

技術實現要素：

本實用新型高速光電門光強度自適應控制電路主要包含光源模塊和光信號接收模塊兩部分，如附圖所示，從技術層面上看，具有以下特徵：

高速光電門光強度自適應控制電路的光源模塊由紅外LED燈珠陣列、光激勵電流驅動三極體Q201、以運算放大器IC201A為核心的誤差放大電路構成，採用直流恆壓電源供電，誤差放大電路的基準電壓由藍色發光二極體限壓獲得，輸入至運算放大器IC201A的同相端，光信號接收模塊中的CCD傳感器輸出的模擬信號先經過D214、R228、C210峰值整流濾波，再通過R201、R202、C203組成的RC濾波電路後，輸入至運算放大器IC201A的反相端，IC201A的輸出端通過限流電阻R204連接光源激勵電流驅動三極體Q201，光源激勵電流驅動三極體Q201的集電極連接紅外LED燈珠陣列，發射極連接有限流電阻R205；誤差放大電路、光源激勵電流驅動三極體Q201、發射極限流電阻R205三者構成恆流激勵電路；運算放大器IC201A的反饋電阻R203阻值大於其反相端輸入電阻阻值，如附圖1所示；在運算放大器IC201A的反饋電阻R203上並聯有二極體D207，二極體的陽極接於運放輸出端，陰極接於運放反相端；同時，光信號接收模塊中的CCD傳感器輸出的模擬信號經過電壓比較器IC207數位化處理後輸出至外部電路；光源模塊和光信號接收模塊兩者之間統一組成大迴路負反饋結構。

高速光電門光強度自適應控制電路的有益之處是利用光源模塊和光信號接收模塊兩者之間的負反饋結構，自動調節光源亮度，使得CCD傳感器輸出的模擬幅值大於數位化所需的參考電平，確保在LED燈珠在光衰過程中、多粉塵環境、掃描頻率變化等各種環境條件下，均能夠將光線有無遮擋的電平值區分開來，工作過程中無需人工調節亮度。

光源亮度信息來自於CCD傳感器輸出的電壓幅度，CCD傳感器隨著照度增加其輸出的電平相應升高，所輸出的信號通過D214、R228、C210峰值整流電路獲取峰值電壓，再由R201、R202、C203濾波成直流電壓，與藍色發光二極體D206設置的基準電壓比較。若由於某種原因使得CCD傳感器輸出的峰值電壓降低，則整流、濾波後的電壓也降低，造成運放輸出電位升高，光激勵電流則增大，光源亮度必將增加，直至CCD傳感器輸出的電壓幅度回升至預定值。光源亮度只與CCD傳感器輸出的電壓峰值有關，與CCD傳感器輸出的電壓升降情況無關。在本實用新型中CCD傳感器採用TSL1401CL線陣CCD，周期性掃描過程中每一周均有高電平輸出，能夠產生比較穩定的光源亮度信息電平。

附圖2中整流D214採用肖特基二極體，以減少整流時的電壓損失。藍色發光二極體設置的基準電壓大約是2.56V。當線陣CCD傳感器TSL1401CL採用3.3V電壓供電時，所輸出的最高電平極限值約為3.2V。CCD傳感器輸出電壓經過整流管後降低了一個導通電壓VD，將這一電壓作為光源亮度信息電平，要求其高於基準電壓。因此，只能採用肖特基二極體整流。

附圖1中的二極體D207用於限制運放輸出的高電位，防止光源激勵電流過大而降低LED燈珠的工作壽命。如果發生CCD傳感器損壞等原因，使得亮度信息電位很低，沒有二極體D207時運放輸出電壓接近8V，遠大於正常工作電壓，會造成光源激勵電流過大。連接有二極體D207後，同樣是亮度信息電平過低，運放的輸出電位被鉗制在3V以下，光源激勵電流值得以限制。

設運算放大器輸出的電壓為Vo，則光源激勵電流ID的計算式為：

式中0.75V是三極體的門電壓，β是三極體的電流放大倍數。按照這一計算式可知，對β＝100的三極體，輸出30mA光源激勵電流時，運算放大器輸出電壓應當是1.395V；輸出60mA光源激勵電流時，運算放大器輸出電壓應當是2.04V。

藍色發光二極體的導通壓降約為2.56V，運算放大器輸出的電壓為Vo與CCD傳感器輸出的亮度信息電平Vs的關係由下述算式確定，其中是肖特基二極體D214的導通電壓。

附圖說明

附圖1是高速光電門光強度自適應控制電路的光源電路模塊。

圖中D201-D205是紅外線LED燈珠，D206是白光LED二極體，P201b是來自光信號接收模塊的接插口。

附圖2是高速光電門光強度自適應控制電路的光信號接收模塊。

圖中IC205是線陣CDD傳感器，IC207是高速電壓比較器，P201a是連接光源電路模塊的接插口，P202是連接外電路的接插口。

具體實施方式

下面結合本實用新型的附圖，對本實用新型的實施作進一步說明。

光源模塊單獨設計成一塊線路板。與線陣CCD傳感器TSL1401CL相配合，光源採用5顆SMD5050封裝的三芯850nm紅外發光二極體，並排列成線陣，固定於線路板上。每一顆晶片中的三個發光二極體並聯連接，再將5顆發光二極體晶片串聯連接，供電電壓定為9.0V，如附圖1所示。光源激勵電流驅動三極體可以選用C8050。

光信號接收模塊也單獨設計成一塊線路板，為了配合外部的微處理器電路，其中的線陣CCD傳感器TSL1401CL採用3.3V供電。外部電路僅連接在光信號接收模塊上，其中AN0是外部電路輸入的電壓比較器參考電平，可用做電路狀態測試。正常情況下AN0＝0，電壓比較器參考電平由電阻R221、R222設置，附圖2中設置為1.8V。

按照附圖中的參數，CCD傳感器輸出的最高電壓被控制在3.05-2.86V之間。如果要進一步降低CCD傳感器輸出的最高電壓，可以適當增大限流電阻R205的阻值，如選用27Ω的電阻等。

光源模塊和光信號接收模塊相對放置，它們之間的線路用排插連接。