一种光电传感器教学实验平台制造技术

本发明专利技术公开了一种光电传感器教学实验平台，包括电源、光源、光电转换单元、测量计算单元以及输入输出单元，其中，电源接入端包括电源极性自适应电路，使输入实验平台的电源正负极固定；光源中的发光元件与光源控制电路之间、光电转换单元中的光电传感器与调理电路之间均采用接插方式连接，且各元器件两接插脚的长度不同，对应的插座也做相应设置，避免插反；各元器件插座均连接有静电吸收电路，防止静电对元器件的影响；测量计算单元中的模数转换模块的输入端连接有超量程电压钳位保护电路，将输入电压控制在模数转换模块的量程范围内。本发明专利技术不仅可以满足教学中各类光电传感器原理及应用的实验要求，同时还解决了现有技术中存在的安全问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种教学实验平台，尤其涉及一种光电传感器教学实验平台。
技术介绍
在当前的教学中，为了让电子、信息类学生能切实掌握好光电传感器的原理及应 用，使学生既能掌握到书本上的原理性知识，又能对具体的光电元件和转换电路有感性认 识，需要光电传感器教学实验平台让学生进行实际操作实验，从而深刻理解具体电路的参 数与组成，对传感器系统有更全面的理解，充分认识光电系统的实际应用环境。目前常用的光电传感器教学实验平台包括电源、光源、光电转换单元以及测量仪 表，其中电源使用外接直流稳压电源，光源包括光源控制电路以及与光源控制电路连接的 发光元件，光电转换单元包括调理电路以及与调理电路连接的光电传感器，光源控制电路、 调理电路分别与测量仪表连接。光源控制电路控制发光元件发出光信号，光电传感器将接 收到的光信号转换为电信号并经放大、滤波等调理电路后输出至测量仪表，通过测量仪表 可读取光电转换单元和光源控制电路输出的电信号。实际使用中，往往需要根据教材内容 准备多种发光元件(如红外发射管、红橙黄绿蓝紫各色LED灯等)及多种光电传感器(如光 敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池、反射式/透射式光电开关、热释电红外器件等)， 为了便于安装和更换，这些器件都通过接插方式与相应的电路连接。通过该实验平台，可以 使学生比较方便的了解各类常见光电传感器的功能、特性等，有助于相关课程的学习。但这 种实验平台仅关注了光电传感器元件的自身特性测量，而这些特性是可以通过各种器件的 器件手册查到的，因此通过这一类实验平台只能进行最基础的验证性实验，不利于学生设 计性和创造的培养，无法体现光电传感器在实际应用中的位置。为了克服上述实验平台的缺陷，有人在上述平台的基础上进行了改进，增加了计 算机和模数转换模块，光源控制电路、调理电路分别与模数转换模块的输入端连接，模数转 换模块将输入的模拟电信号转换为数字信号后传输给计算机，计算机通过预先设定的算法 对信号进行计算处理后，得到光电传感器元件的主要参数并通过输出设备显示输出。在使用现有实验平台过程中，发现存在较多的安全隐患，主要包括一、外接电源由于生产厂家的不同其正负端的位置有可能相反，而学生实验时往 往只注意外形而忽视正负端的设置，可能导致正负端接反导致设备损坏甚至人身事故。二、发光元件、光电传感器的接插脚通常都有极性的要求，而目前每个器件上的两 个(发光元件的正/负极、光电传感器的P/N极)接插脚形状长短相同，极易插反，导致器 件损坏。三、发光元件和光电传感器作为频繁插拔的接插件，频繁的与人体接触，引脚与插 座也也频繁接触插拔，极易产生静电，从而影响器件的使用寿命。综上所述，现有光电传感器教学实验平台存在安全隐患，函待改善。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用更加安全的光电传感器教 学实验平台。本专利技术的光电传感器教学实验平台，包括电源、光源、光电转换单元、测量计算单 元以及输入输出单元，光源包括光源控制电路以及通过接插方式与光源控制电路连接的发 光元件，光电转换单元包括调理电路以及通过接插方式与调理电路连接的光电传感器，测 量计算单元包括模数转换模块以及与模数转换模块连接的计算控制模块，光源控制电路、 调理电路分别与模数转换模块的输入端连接，其特征在于，所述电源接入端包括电源极性 自适应电路，使输入实验平台的电源正负极固定。优选地，所述发光元件的正极和负极接插脚的长度不同，光源控制电路中的发光 器件插座也做相应设置；所述光电传感器的P极和N极接插脚的长度不同，调理电路中的光 电传感器插座也做相应设置。优选地，所述发光元件插座、光电传感器插座均连接有静电吸收电路。优选地，所述模数转换模块的输入端连接有超量程电压钳位保护电路，将输入电 压控制在模数转换模块的量程范围内。优选地，所述计算控制模块为单片机，所述输入输出单元包括分别与单片机连接 的显示器、键盘及执行部件。本专利技术的光电传感器教学实验平台不仅可以满足教学中各类光电传感器的实验 要求，而且可进行深入的实验设计，提高学生的实际动手能力，同时还解决了现有技术中存 在的安全问题，提供了一个安全的实验环境。附图说明图1为本专利技术的光电传感器教学实验平台的结构框图；图2为本专利技术的光电传感器教学实验平台的布局示意图；图3为本专利技术的光电传感器教学实验平台的软件流程图；图4为本专利技术具体实施方式中电源极性自适应电路的结构示意图；图5为本专利技术具体实施方式中发光元件、光电传感器接插脚的结构示意图；图6为本专利技术具体实施方式中静电吸收电路的电路原理图；图7为本专利技术具体实施方式中超量程电压钳位保护电路结构示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明本专利技术的光电传感器教学实验平台，如附图1所示，包括电源(图中未画出)、光 源、光电转换单元、测量计算单元以及输入输出单元。所述电源使用外接直流稳压电源，为避免因电源正负极接反造成的电路损毁，直 流稳压电源接入端设计有电源极性自适应电路，如附图4所示，外加电源U经二极管组成的 极性自适应电路变换为正负端输出固定的实验平台电源Vcc，外接直流稳压电源端上正下 负时，正信号经二极管D2成为实验平台正极电源，经实验电路后回实验平台负极电源，再 经二极管D4返回外接电源端负端；外接电源端上负下正时，正信号经二极管D3成为实验平台正极电源，经实验电路后回实验平台负极电源，再经二极管Dl返回外接电源端负端。所述光源包括包括红外发射管、红橙黄绿蓝紫各色LED灯等发光元件以及电源控 制电路，可通过电源控制电路打开/关闭发光元件或调整光强；发光元件通过接插方式与 电源控制电路连接；如附图5所示，各发光元件的引脚均作长短针设置，即正极接插脚和负 极接插脚采用不同长度的针脚，相对应的插座也做相应设置，从而保证发光元件只能以唯 一正确的方式接入插座，防止由于插错方向导致元件或电路受损；当然，也可以采用其它方 式，例如，将两个接插脚截面分别设计为不同的形状或大小。发光元件插座与一个静电吸收 电路相连接，如附图6所示，通过TVS 二极管将瞬时电流从敏感器件引开。TVS 二极管在线 路板上与被保护的信号线并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS 二极管便发生雪 崩击穿，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流通过二极管被引开，避开被 保护器件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束 后，TVS 二极管自动回复高阻状态，整个回路进入正常电压。此处也可以使用专用抗静电器 件、防雷管等实现静电吸收。所述光电转换单元包括调理电路以及通过接插方式与调理电路连接的多种可相 互替换的光电传感器，光电传感器将发光元件发出的光信号转换为电信号，经过放大、滤波 等调理电路调整为可处理电信号输出；如附图5所示，各光电传感器的引脚均作长短针设 置，即P极接插脚和N极接插脚采用不同长度的针脚，相对应的插座也做相应设置，从而保 证光电传感器只能以唯一正确的方式接入插座，防止由于插错方向导致元件或电路受损； 与发光元件类似，光电传感器的插座也与一个如附图6所示的静电吸收电路连接，起到防 止静电损坏的作用。测量计算单元包括模数转换模块和计算控制模块，本具体实施方式中模数转换模 块采用型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电传感器教学实验平台，包括电源、光源、光电转换单元、测量计算单元以及输入输出单元，光源包括光源控制电路以及通过接插方式与光源控制电路连接的发光元件，光电转换单元包括调理电路以及通过接插方式与调理电路连接的光电传感器，测量计算单元包括模数转换模块以及与模数转换模块连接的计算控制模块，光源控制电路、调理电路分别与模数转换模块的输入端连接，其特征在于，所述电源接入端包括电源极性自适应电路，使输入实验平台的电源正负极固定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵静，肖韶荣，王婷婷，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]