一种用于延长光电传感器使用寿命的装置及方法与流程

本发明涉及光电传感器，具体而言，本发明涉及一种用于延长光电传感器使用寿命的装置及方法。

背景技术：

1、在日常生活和工业应用中，光电传感器因其在各个领域的广泛应用而受到青睐；但在实际应用过程中，现有光电传感器受温度、电流、工作时间等因素的影响，无法避免地出现光衰问题，严重影响了嵌有光电传感器的机器设备，会显著缩短工业设备的寿命，并且影响工业设备的准确性和稳定性；同时考虑到排查工业设备中光电传感器光衰问题的时效性和人工成本，特别是在偏远地区维护成本高、环境恶劣、维护困难等情况，延缓光衰现象对机器的影响以及及时反馈异常成为当前解决的主要方向。

2、现有公开号为cn216052701u的专利公开了光电传感器光衰检测装置，通过主控单元接收电流采集单元发送的电流数据信号并进行计算，得到光电传感器感光侧的实际电流值并发送给显示单元，并按照预设的时间间隔，将采集时间及实际电流值发送给数据保存单元，以实现光电传感器光衰的自动检测，但是该专利功能单一，只能检测光衰电流，无法避免机器被光衰现象影响；现有公开号为cn102708617b的专利公开了纸币检测方法和设备及光电传感器自适应调节方法和装置，包括光电传感器、微型控制部、数模转换器dac，驱动器以及限流电阻，通过自适应调节光电传感器发光端电压对应的dac数值，且对该dac数值进行补偿，从而提高光电传感器的自适应性，但是该专利仅能调节发光端光强，无法应对严重光衰，且延长光衰传感器寿命的时间有限，存在一定的局限性。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于延长光电传感器使用寿命的装置及方法，用于解决现有装置延缓光电传感器光衰寿命效果有限、无法及时反馈光电传感器异常等问题。

2、为了实现上述技术目的，采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种用于延长光电传感器使用寿命的装置，包括光电传感器，还包括光强调节模块、mcu控制器；

4、所述mcu控制器的pwm端与光强调节模块的输入端连接，光强调节模块的输出端与光电传感器的发射端连接，用以通过调整mcu控制器输出pwm信号的占空比，并利用光强调节模块调控光电传感器发射端的发光电流，从而调节光电传感器发射端的光信号强度；

5、所述mcu控制器的adc端与光电传感器的接收端连接，用以采样光电传感器接收端电压。

6、进一步地，还包括电阻调节模块，所述电阻调节模块包括第一电阻调节单元、第二电阻调节单元、第一开关k1、第二开关k2；所述第一电阻调节单元的输入端通过第一开关k1与mcu控制器的第一控制端连接，所述第一电阻调节单元的输出端与光电传感器的接收端连接；

7、所述第二电阻调节单元的输入端通过第二开关k2与mcu控制器的第二控制端连接，所述第二电阻调节单元的输出端与光电传感器的接收端连接。

8、进一步地，还包括上位机，所述上位机与mcu控制器连接，用以接收mcu控制器反馈的光电传感器异常信号，并通过mcu控制器调控光电传感器。

9、进一步地，所述光强调节单元包括场效应管q1、电阻r1、电阻r2、电阻r3；

10、所述场效应管q1的漏极与光电传感器的发射端连接，所述场效应管q1的源极通过电阻r1接地，所述场效应管q1的栅极通过电阻r2与mcu控制器的pwm端连接；所述电阻r3的一端与场效应管q1的栅极连接，另一端接地。

11、进一步地，所述第一调节电阻单元包括场效应管q2、电阻r4、电阻r5、电阻r6；

12、所述场效应管q2的漏极与光电传感器的发射端连接，所述场效应管q2的源极通过电阻r4接地；所述场效应管q2的栅极依次与电阻r5、第一开关k1和mcu控制器的第一控制端连接；

13、所述电阻r6的一端与第一开关k1连接，另一端接地；所述mcu控制器的adc端与场效应管q2的漏极连接。

14、进一步地，所述第二调节电阻单元包括场效应管q3、电阻r7、电阻r8、电阻r9；

15、所述场效应管q3的漏极与光电传感器的发射端连接，所述场效应管q3的源极通过电阻r7接地；所述场效应管q3的栅极依次与电阻r8、第二开关k2和mcu控制器的第二控制端连接；

16、所述电阻r9的一端与第二开关k2连接，另一端接地；所述mcu控制器的adc端与场效应管q3的漏极连接。

17、进一步地，所述光电传感器的发射端为红外发射管，所述光电传感器的接收端为红外接收管；所述红外接收管采用光敏三极管；

18、所述红外发射管的阳极与第一电源电压端连接，红外发射管的阴极通过光强调节模块与mcu控制器的pwm端连接；

19、所述红外接收管的集电极与第二电源电压端连接，红外接收管的发射极分别与第一电阻调节单元和第二电阻调节单元连接。

20、第二方面，本发明实施例提供了一种用于延长光电传感器使用寿命的方法，应用于如上所述的装置，包括：

21、s1、通过上位机向mcu控制器发送校准指令，并设定校准成功阈值vref；

22、s2、mcu控制器接收到校准指令后，通过mcu控制器adc端对光电传感器接收端电压进行采样，得到采样电压vadc；

23、s3、判断光电传感器的工作状态，并根据工作状态决定光电传感器是否需要校准；

24、所述s3具体包括如下步骤：

25、s31、将采样电压vadc与校准成功阈值vref进行比较；

26、s32、当vadc≥vref，则认为处于光电传感器处于正常工作状态，光电传感器无需校准；

27、s33、当vadc<vref，则认为光电传感器处于光衰状态，此时触发自动校准机制，对光电传感器进行校准，若校准成功，则保存此时传感器发射端的pwm信号占空比，光电传感器正常使用；若校准失败，则触发寿命延长机制，对光电传感器进行重新校准。

28、进一步地，所述s33中，所述自动校准机制的具体步骤包括：

29、通过调整mcu控制器输出pwm信号的占空比，来调节光电传感器发射端的光信号强度，以改变光电传感器发射端的发射极电压vrd；

30、将红外接收管的发射极电压vrd与校准成功阈值vref进行比较；

31、当vrd≥vref，则认为光电传感器校准成功；

32、当vr<vref，则认为光电传感器校准失败；

33、所述红外接收管的发射极电压vrd的计算公式为：

34、vrd＝vadc

35、vadc＝ie·re

36、ie＝(1+β)·ib

37、式中，ie为红外接收管的发射极电流，ib为红外发射管的发光电流；re为红外接收管的下拉电阻；β为红外接收管的放大倍数；

38、所述红外发射管的发光电流ib计算公式为：

39、

40、式中，v为第一电源电压，vf为红外发射管的导通电压；pwm为pwm信号的占空比；ɑ为光衰系数；θ1为光电传感器安装距离和角度偏移影响系数(0≦θ1≦1)；θ2为灰尘及环境影响系数。

41、进一步地，所述s33中，所述触发寿命延长机制的具体步骤包括：

42、s331、打开第一开关k1，关闭第二开关k2，将下拉电阻阻值调节至第一电阻值，来改变红外接收管的发射极电压vrd，对光电传感器进行校准，并判断光电传感器是否校准成功，若校准失败，则通过步骤s332继续校准；

43、s332、关闭第一开关k1，打开第二开关k2，将下拉电阻阻值调节至第二电阻值，来改变红外接收管的发射极电压vrd，对光电传感器进行重新校准，并判断光电传感器是否校准成功；

44、所述判断光电传感器是否校准成功，具体包括如下步骤：

45、将红外接收管的发射极电压vrd与校准成功阈值vref进行比较；

46、当vrd≥vref，则认为光电传感器校准成功，保存此时传感器发射端的pwm信号占空比，光电传感器正常使用，并向上位机发送报警信号，通过上位机调控光电传感器；

47、当vrd<vref，则认为光电传感器校准失败。

48、本发明提供的实施例带来的有益效果包括：

49、本发明基于mcu控制器，通过光强调节模块和电阻调节模块，调控光电传感器的发射端光强和接收端电压，能够有效延缓了光电传感器因光衰出现导致寿命变短问题，增强光电传感器在各种环境下使用的稳定性和准确性；本发明通过上位机接收mcu控制器反馈的光电传感器异常信号，并向mcu控制器发送校准指令，对光电传感器进行校准，能够实现提前预警并处理光电传感器异常风险，减少了因光电传感器异常问题导致的排查和替换工作，降低了人工成本；本发明结构简单，成本低廉，可根据实际使用情况进行自由调节，适应场景多且容易实现。