硬件评估：opb9000 ttelectronics的反射光传感器

OPB9000是来自具有可编程输出和灵敏度水平的Ttelectronics的反射光传感器。让我们看一下它的设计，并将其连接到示波器上，以了解该设计如何实时发挥作用。我们还将讨论曼彻斯特编码的数据

这OPB9000具有可调节强度输出的集成LED，可将远处对象反映到其传感器中。当达到编程的灵敏度阈值时，设备会更改其输出状态。可以通过重写EEPROM位值或通过自动计算命令来对LED输出强度或接收器灵敏度进行更改。

该传感器只有4mm x 2.2mm的占地面积，几乎可以将其合并到任何PCB中，也可以使用4线线束（GND，VCC，CAL/状态和输出）组合到板上。仅需要将两根电线（CAL/状态和输出）连接到主机微控制器进行校准，并且一旦校准，只需要一根电线才能读取传感器的状态。

该非接触传感器可以被合并到打印机中以检测纸张的边缘，或在执行器中充当极限开关。在医院中，该设备可以提醒护士是否输入IV管或静脉注射袋是否已清空。其他应用程序包括篡改检测，自动分配以及任何其他单杆单次（SPST）开关可能被此非接触式探测器代替的应用。

提供了AAC的光学VOPB9000反射传感器评估套件用于本文。

关于设备

该传感器用八个小垫子起作用。两个信号引脚（OUT，CAL/状态）通过曼彻斯特编码的数据流传达与主机微控制器的数据。两个地面销（GND，DGND）提供模拟和数字地面参考。电源通过VDD进入设备，并在外部连接到LED阳极。LED阴极外部连接到LED I-Sink PIN；这种布置允许使用外部LED（如果需要）。

内部EEPROM存储灵敏度设置，LED强度设置和输出类型 - 一旦校准，该设备将在下一个电动机上返回到这些设置。可以将输出信号配置为响应增加或降低信号水平。

OPB9000框图数据表

曼彻斯特编码的数据

曼彻斯特编码允许发射器将同步信息合并到数字数据流中。在其最简单的实现中，时钟信号与数据信号进行了固定，以产生曼彻斯特编码的输出。看看我们关于曼彻斯特编码的文章想要查询更多的信息。

时钟（蓝色）和数据（绿色）组合以创建曼彻斯特编码的数据（橙色）

OPB9000使用IEEE标准802.3，其中0是高低传输，1是低到高的传输。该通信标准允许工程师最大程度地减少连接到主机微控制器所需的电线数量，并在设计需要时更容易提供电流隔离。根据Ttelectronics工程师的说法，我与之交谈：“许多应用程序……利用这些传感器的20个左右，有时超过30个，因此每台电线都会增加整体成本。“下一代传感器将不再使用曼彻斯特，它将是I2C或类似的，以提高与大多数微控制器的兼容性。”

通过Tektronix MDO3104示波器测量的传感器生成的曼彻斯特编码数据。

命令通过校准/状态（CAL/STAT）引脚发送到OPB9000。通过输出引脚从设备读取数据。当不传输数据时，输出引脚指示是否已检测到对象。

实验设备

OPB9000被描述为能够检测出很小的反射率变化。我想用具有相对相似折射率的物质进行测试 - 我在聚氯乙烯管中选择水（$$ n _ {\ text {pvc}} = 1.54 $$） - 这类似于在检测盐水中检测盐水的用途。静脉（IV）管。

数据表表示最小建议的操作距离为2.5mm，因此我将管子放入一块丙烯酸中。丙烯酸的壁厚度加管的壁厚度可提供大约0.10英寸（2.54毫米）的水面至传感器的大致分离。我切断了丙烯酸，以防止在实验中干扰。

实验设置显示了连接到包含PVC管的丙烯酸管上的OPB9000传感器。注射器用于控制传感器附近的管子内的水位。

侧视图实验设置（不缩放）显示在丙烯酸片中固定的透明PVC管中的水（灰色）。OPB9000用紫外线固定胶临时固定在管子上。

当光通过透明介质传播时，发生了很少的反射 - 不足以容易被检测到。但是，当光从一种介质到另一种介质传播时，可以反映出大量的光。

一阶近似由$$ r_0 = \ left | \ frac {n_1-n_2} {n_1+n_2} \ right |^2 $$给出。从传感器穿过空气到PVC管，大约4.5％的LED灯反映了$$ R_0 = \ left |\ frac {1-1.54} {1+1.54} \ right |^2 = 4.5 \％$$，在填充水之前，在管子/空气界面上另外4.5％的反射。从PVC管传播到水，只有0.5％的反映$$ r_0 = \ left |\ frac {1.54-1.33} {1.54+1.33} \ right |^2 = 0.54 \％$$。虽然这几乎是反射率的差异差异，但并不能说明整个故事。

反射光的实际量与这些估计值有点不同（由于管子的后壁反射，通过水的折射以及由水和管的圆柱形状引起的镜头效应）。

我不确定OPB9000能够在管制环境中仔细设置灵敏度和LED强度而能够检测到管中的水，但可以从开箱即用。我只需要运行内置的校准序列。

请参阅下面的视频观看实验。

有一个警告 - 当水位上升时，传感器立即打开，但是当水位下降时，传感器并没有立即关闭。那是因为随着水位的下降，水分子和PVC之间的粘合力沿着管子的内壁沿着管的内壁固定了一层薄膜。该薄膜的有效粘度与主要水的主要粘度不同，并且在重力影响下需要一定时间才能沿着管道行驶。

由于反射发生在两个介质的界面上，因此传感器检测到水/PVC界面的存在，而不是存在的水量。

结论

OPB9000是一个非常小的非接触反射传感器，几乎可以适合任何电路板。多个传感器可用于提供手势检测，单个传感器几乎可以取代任何接触或非接触式限制开关。