筆者自制的光電接近開關電路原理圖如圖1所示,圖1中的元件參數見附表。由555構成多諧振蕩器,從③腳輸出38kHz的方波信號。經VT1驅動紅外發射管VD2向外發射頻率為38kHz紅外調制信號。之所以選用38kHz的紅外調制信號,是由于選用的紅外接收頭U1的頻率響應為38kHz(U1型號AT138B的“38”表示響應頻率大小,其外觀和引腳如圖1右方所示)。當有障礙物靠近時,紅外線反射回來被U1所接收,當接收到的紅外信號足夠強時輸出(OUT)為低電平,否則為高電平。如果用5V供電,輸出(OUT)為TTL電平可直接與微處理器相接。多諧振蕩器的振蕩頻率計算公式為:
t1≈0.7(R1+R2)×C1;
t2≈0.7(R3+R4)×C1;
f=1/(t1+t2)。
調試時使輸出波形的占空比盡量為1:1,筆者經過試驗發現只要占空比偏離1:1不太多則無所謂,但頻率不要偏離38kHz太多,否則探測精度會下降,頻率偏離太大時則U1根本沒有響應。經過計算在R1、R3為1k時R2、R4調到880Ω左右(實際有所偏差)。

紅外發射管的發射功率可通過改變R5的阻值進行調節,發射管的發射電流大小決定了探測距離的大小。如果不需調節探測距離的大小,R5、R6可用一固定阻值的電阻代替。
紅外接近開關制作的關鍵并不在于電路,而是在結構上,特別是U1和VD2的位置不能隨便放置。筆者把該紅外接近開關做成探頭狀,把整個電路板安裝在一根塑料管內,并引出三根導線:電源、地、輸出(OUT)。U1、VD2放置在塑料管的前端,并用不透光的塑料片把U1、VD2隔開,為了防止VD2向旁邊漏射出紅外線可用黑色電膠布在VD2的周圍繞一兩圈,只讓紅外線從VD2的前方發出(電路板、隔光塑料片、U1、VD2可用硅膠進行固定),其結構如圖2所示。

注意:不要忘了在VD2的周圍用黑色絕緣膠布繞一兩圈,只讓紅外線從VD2的前方射出,否則VD2從旁邊漏射出紅外線將直接到達U1,輸出端(OUT)總為低電平,如圖3所示。

該電路只要焊接無誤,結構安排得當,不需要太多的調試(只要把多諧振蕩器的振蕩頻率調到38kHz 即可),一試就能成功。制作結果表明:該紅外接近開關不僅能探測到接近到探頭一定距離的物體,還能識別出顏色的深淺(淺顏色的物體由于反光性較強其觸發距離較遠),而且所使用的元件都是市面上極易買到的,AT138B是紅外接收頭,如買不到可用同類產品(如HM383)代替。
R1 | 1kΩ | C1 | 0.01 uF |
R2 | 1kΩ(微調電阻) | C2 | 100uF/16V |
R3 | 1kΩ(微調電阻) | VD1 | 普通二極管 |
R4 | 1kΩ | VD2 | 普通紅外發射管 |
R5 | 1kΩ(微調電阻) | VT1 | 9014 |
R6 | 100Ω | U1 | AT138B(或同類產品) |
R7 | 2.2kΩ(微調電阻) | IC | 555 |