光电传感器 反射式光电传感器简介 反射式光电传感器在机器人中有着广泛 .doc
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2023-07-12
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光电传感器
一、 反射式光电传感器简介
反射式光电传感器在机器人中有着广泛的应用。可以用来检测地面明暗和颜色的变
化，也可以探测有无接近的物体。这种光电传感器的基本原理是，自带一个光源和一个
光接收装置，光源发出的光经过待测物体的反射被光敏元件接收，再经过相关电路的处
理得到所需要的信息。
相应的，光谱范围，灵敏度，抗干扰能力，输出特性等都是反射式光电传感器的重
要参数。
二、 简单比较型光电传感器
在上左图中，JP1 是光电管，接收光强在上面转换成电流，在 R 上成为电压信号，
与 RA1 的标准值进行比较，从 LM339 输出逻辑电平给单片机。
R 越大，光电流产生的电压变化越大，传感器也就越灵敏。但是若 R 过大，当光
比较强的时候，R 上的电压会达到 VCC 而不再变化，这就是所谓的饱和。在这种比较
型的传感器电路中，饱和只会使强光与强光难以分辨，但仍可以区分强光和弱光，它并
不是影响比较结果的重要因素。但在后面介绍的几种调制型传感器中，饱和是必须避免
的，因为它会掩盖交流分量。高灵敏度和饱和是一对矛盾，在后面提到了一些相关的解
决方案。
LM339 是开路输出的，10K 的电阻是为了使输出电压正确。如果后面是 51 之类开
路输入的单片机，这个电阻可以省略。
假如把光敏管放在下边,电阻放在上边。这样当光线较暗时比较器输入电压接近
VCC，超过比较器 LM339 能够正常工作的最高输入电压 Vm,比较器不能正常工作
（LM339 的共模输入电压最低能低到 0，但是最高达不到 VCC），因此灵敏度做不高。
为了使比较器正常工作，电阻值应使得光照时比较器输入电压 Vi 大幅下降，满足
VCC-I*R<Vm（I 是光电流），就是 I*R>VCC-Vm。这样，光再强一点，I*R 接近 VCC,Vi
就会降到 0 附近，光敏管就会饱和，降低了区分颜色的可靠性。
而现在把光敏管放在上边,电阻放在下边，就可以解决这个问题：这时 Vi=I*R,使用
较小的 R 可以保证 Vi<Vm<VCC,不会发生电压范围溢出或者光敏管饱和。这时为了保
证光照与输出有相同的逻辑关系（光照时输出低电平，指示灯亮），比较器的同相和反
相输入端要互换。
上图右为给发光管供电的恒流电路(I=0.9V/R1)，恒流的工作过程是：D11 起稳压作
用，如果电流偏大，R1 分压变大，T1 的 VBE 降低，使电流减小；反之亦然。这个负
反馈过程使电流恒定，R1 上的电压恒定在 D11 压降和 VBE 之差，约 0.9V。改变 R20
对地的通断也可以控制发光管的亮灭。这样可以使用很小的 R 或设置比较高的基准电
压，只有很强的光输入才能触发电路。这时在恒流源中三极管的发射极电阻上并联一个
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