自制光电接近开关

    在购买了多个光电接近开关，它们的售价很高。后来仔细剖析这些光电接近开关后，发现它们的工作原理很简单，笔者自制几个后发现，自制的开关不仅成本极低(不超过10元)，而且在供电电压、探测距离方面比购买的成品还好。它只需5V电压供电(输出为TTL电平)、最大探测距离为20cm以上(这个距离与红外管的发射功率和被探测材料的表面性质有关)，探测距离还可以调节，而购买的成品供电电压要求12～24V，探测距离也不可调节。
    笔者自制的光电接近开关电路原理图如图1所示，图1中的元件参数见附表。由555构成多谐振荡器，从③脚输出38kHz的方波信号。经VT1驱动红外发射管VD2向外发射频率为38kHz红外调制信号。之所以选用38kHz的红外调制信号，是由于选用的红外接收头U1的频率响应为38kHz(U1型号AT138B的“38”表示响应频率大小，其外观和引脚如图1右方所示)。当有障碍物靠近时，红外线反射回来被U1所接收，当接收到的红外信号足够强时输出(OUT)为低电平，否则为高电平。如果用5V供电，输出(OUT)为TTL电平可直接与微处理器相接。多谐振荡器的振荡频率计算公式为：
t1≈0.7(R1+R2)×C1；
t2≈0.7(R3+R4)×C1；
f=1/(t1+t2)。
    调试时使输出波形的占空比尽量为1:1，笔者经过试验发现只要占空比偏离1:1不太多则无所谓，但频率不要偏离38kHz太多，否则探测精度会下降，频率偏离太大时则U1根本没有响应。经过计算在R1、R3为1k时R2、R4调到880Ω左右（实际有所偏差）。
 
    红外发射管的发射功率可通过改变R5的阻值进行调节，发射管的发射电流大小决定了探测距离的大小。如果不需调节探测距离的大小，R5、R6可用一固定阻值的电阻代替。
    红外接近开关制作的关键并不在于电路，而是在结构上，特别是U1和VD2的位置不能随便放置。笔者把该红外接近开关做成探头状，把整个电路板安装在一根塑料管内，并引出三根导线：电源、地、输出(OUT)。U1、VD2放置在塑料管的前端，并用不透光的塑料片把U1、VD2隔开，为了防止VD2向旁边漏射出红外线可用黑色电胶布在VD2的周围绕一两圈，只让红外线从VD2的前方发出(电路板、隔光塑料片、U1、VD2可用硅胶进行固定)，其结构如图2所示。
 
注意：不要忘了在VD2的周围用黑色绝缘胶布绕一两圈，只让红外线从VD2的前方射出，否则VD2从旁边漏射出红外线将直接到达U1，输出端(OUT)总为低电平，如图3所示。
 
    该电路只要焊接无误，结构安排得当，不需要太多的调试(只要把多谐振荡器的振荡频率调到38kHz 即可)，一试就能成功。制作结果表明：该红外接近开关不仅能探测到接近到探头一定距离的物体，还能识别出颜色的深浅(浅颜色的物体由于反光性较强其触发距离较远)，而且所使用的元件都是市面上极易买到的，AT138B是红外接收头，如买不到可用同类产品(如HM383)代替。