单片式光电传感器电路设计第13卷第45期1998年3月郑州轻工业学院学报路立平鹿晓力贾岩????????????(郑州轻工业学院控制工程系郑州450002)摘要给出了光电传感器电路设计的根本原那么,设计了以集成运算放大器芯片LM324为核心的单片式光电传感器电路.利用LM324中的4个运算放大器实现了光源脉冲鼓励、光电转换、信号处理及压频转换信号输出等多电路环节.该电路功能强,结构简单,工作可靠,信噪比高,可单电源工作,并且本钱低廉.关键词光电传感器;振荡器;电路设计中图分类号TN2060引言光电传感器由光源、光学系统和光电探测器3局部组成.红外发光二极管和光敏三极管作为方便廉价的光源和探测器用于许多光电检测系统中,如用于以吸收法为原理的浓度、浊度检测系统.在这样的系统中,光电传感器电路的任务有3方面:一是产生红外发光二极管的鼓励电信号;二是实现光电信号转换与处理;三是信号输出.在检测系统,特别是在便携式仪器中,光电传感器电路的设计常常受到体积、功耗及可靠性等方面的制约.因此应着重考虑以下几点:1)选单电源工作电路,如5V电压源,以使传感器电路能与微处理器方便接口,同时也能简化电源电路;2)电路应紧凑、简单,以减小体积和功耗,提高电路可靠性;3)电路输出应为数字量或频率量,以便于微处理器进行数据采集;4)采用脉冲鼓励信号鼓励红外发光二极管,对光电信号进行隔直流滤波,以便消除检测系统误差和噪声干扰.笔者在科研工作中依照上述原那么成功地设计并应用了以单片四运放电路LM324为核心的光电传感器电路.该电路能够完成从红外发光二极管鼓励、信号转换处理直至频率信号输出等各环节功能.1电路选型按照光电传感器所应完成的功能,可将传感器电路分为3局部:红外发光二极管脉冲电流本文收到日期:1997-03-31男,36岁,???41?鼓励电路,光电信号转换与隔直流滤波电路,压频转换电路.对三局部电路的选型构造,有如下设想:1)用一个运算放大器实现脉冲振荡,并推动三极管输出脉冲电流,从而鼓励红外发光二极管发出脉冲光;2)用光敏三极管完成光电转换,用二极管和电容器对光电转换信号进行隔直流、箝位及低通滤波处理,再用一运算放大器对滤波后的信号放大输出,从而完成信号转换与处理;3)用两个运算放大器和一个三极管构成压控脉冲振荡器,该振荡器的振荡脉冲频率受控于前面所说的滤波放大的直流电压,从而实现压频转换.以上电路构造设想共用到4个运算放大器,笔者选用LM324集成块构成紧凑的核心电路.LM324共有14条引脚,内含4个运算放大器,其突出优点是:体积小,功耗低,可单电源工作,最低工作电压低(仅3V),且极为廉价.2电路总图及工作原理图1是单片式光电传感器电路总图.各局部电路工作原理简述如下.??E??ET2D4R7C3D3C2T1R6R5u0114D2??VCD1R3R4C113A1LM32421u02R8R9R13R10E??R11R12T3R142345A36C47充电u03R2R19A4R17R16R20R18u048E1119V5R15图1单片式光电传感器电路图1中A1,C1,R1～R5及T1构成红外发光二极管D1的脉冲电流鼓励电路.其中,A1,C1,R1～R4实现自激脉冲振荡;T1,R5完成脉冲电流输出.VC是振荡控制信号,当VC为高电平(接近),,101D2C?42?郑州轻工业学院学报1998年电平(接近地电位)时,D1截止,A1处于自激状态,D2在脉冲电流鼓励下发出脉冲红外光.A1振荡过程中有关的电路变量的波形如图2所示.图2中的VOH和VOL分别代表LM324运算放大器的正向饱和输出电压与反向饱和输出电压,VREF1H和VREF1L分别代表迟滞比拟器A1的上限触发电平与下限触发电平.当A1输出电压u01等于VOH或VOL时,电容C1处于充电状态或放电状态.当C1充电使uC1升至VREF1H时,u01由VOH下跳至VOL;当C1放电使uC1降至VREF1L时,u01由VOL上跳至VOH.上面的过程周而复始,形成振荡.图1中T2,R6～R10,C2,C3,D3,D4及A2构成光电转换、信号隔直滤涉及放大电路.由光敏三极管T2输出的脉冲电流经R6取样形VOLo图2A1振荡过程波形图VREF1Lou01VOHT1TttuC1VREF1H成频率及相位与发光鼓励电流相同的脉冲电压,C2的隔直流作用使该电压中的脉冲局部可以通过,而包含背景光影响的直流局部被阻隔.D3的箝位作用使C2能快速放电,同时保证R6上的脉冲电压能高比率地通过C2.D4,R7和C3构成整流滤波电路,目的是将通过C2传输过来的脉冲电压整流滤波为直流电压,该电压经A2放大后输出,从而...