一种自动校准光功率的粉尘传感器的制作方法

1.本实用新型涉及粉尘传感器领域，具体的说，涉及了一种自动校准光功率的粉尘传感器。


背景技术：

2.粉尘传感器是一种光电传感器，其基于米氏散射工作原理，靠其中所用的激光led发射一束光，颗粒物遇到该光束产生散射光，光敏接收管把接收到的散射光转化为电信号，电信号经放大后由mcu处理转换成颗粒数值或浓度值，其中激光led所发射光束的光强应保持稳定，否则将对测量结果产生影响。
3.现有技术主要是通过如下电路来控制激光led的光功率。如图1所示，虚线框区域内为激光led，其中ld为发光二极管，pd为光功率反馈二极管（ld的发光功率越大，pd的反馈电流越大）；q1、q2为npn三极管；r1和r2设定好阻值，该电路将工作在稳定状态。
4.假如某原因让ld的发光功率增大，pd的反馈电流就会增大，三极管q1的基极电流也会增大，q1的集电极电流也会增大，q2的基极电流等于r1电流减去q1的集电极电流，则q2的基极电流减小，从而q2的集电极电流减小，也即ld电流减小，光强减弱。
5.该技术缺陷是光功率被硬件电路固定，光功率的一致性受限于三极管的基极与发射极的pn节的一致性，光功率无法调节，也无法针对后端应用进行适应性调节。例如，粉尘传感器根据米氏散射原理将颗粒散射光信号转换成电信号，然后根据电信号计算出颗粒数值，然后根据传感器自身的气路流量计算出空气中单位体积内的颗粒数值。在传感器制造的过程中，理想的情况是同一环境浓度下，每只传感器采集到的单位体积内的颗粒数值是一致的。但实际上由于各种原因导致这种一致性并不理想。而该电路的光功率是由硬件电路设定好的，并且受限于两个三极管的pn节的批量一致性，难以在实际批量生产中调节传感器的批量一致性
6.为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种自动校准光功率的粉尘传感器。
8.为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种自动校准光功率的粉尘传感器，包括微处理器、光功率反馈二极管、发光二极管、光功率调节装置以及信号采集单元，
9.所述信号采集单元分别所述光功率反馈二极管和所述微处理器连接，用于采集所述光功率反馈二极管接收的光信号并转换为检测数据发送给所述微处理器；
10.所述微处理器与所述光功率调节装置连接，用于根据所述信号采集单元采集的检测数据和预设数据向所述光功率调节装置输出pwm信号；
11.所述光功率调节装置与所述发光二极管连接，用于根据所述pwm信号调节所述发
光二极管的光功率。
12.基于上述，所述光功率调节装置包括pwm转换电路、电压信号调制电路和电流调节电路，所述pwm转换电路的输入连接所述微处理器，所述pwm转换电路的输出连接所述电压信号调制电路的输入，所述电压信号调制电路的输出连接所述电流调节电路的输入，所述电流调节电路的输出连接发光二极管；
13.所述pwm转换电路用于将所述微处理器输出的pwm信号转化为直流电压值送入所述电压信号调制电路，经所述电压信号调制电路的放大处理后，输出相应的模拟电压值给所述电流调节电路，所述电流调节电路根据所述模拟电压值控制所述发光二极管的导通电流。
14.基于上述，所述pwm转换电路包括rc滤波模块和分压模块，所述rc滤波模块一端接于所述微处理器上，所述rc滤波模块另一端通过所述分压模块输出直流电压值给所述电压信号调制电路。
15.基于上述，所述电压信号调制电路包括运算放大器，所述电流调节电路包括三极管，所述运算放大器的正输入端用于接收所述pwm转换电路输出的直流电压值；所述运算放大器的输出端连接所述三极管的基极，所述运算放大器的负输入端连接所述三极管的发射极，所述三极管的集电极通过所述发光二极管连接上拉电压。
16.基于上述，所述信号采集单元包括采样电阻和rc滤波模块，所述采样电阻串联在所述光功率反馈二极管的供电电路中，用于采集所述光功率反馈二极管的供电电路里的电流值并对外输出电压信号；所述rc滤波模块用于滤除所述采样电阻输出的电压信号的干扰信号，并将滤波后的电压信号反馈至所述微处理器。
17.本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型通过信号采集单元采集光功率反馈二极管的输出信号，并通过所述微处理器输出pwm信号，然后由pwm转换电路、电压信号调制电路和电流调节电路组成的光功率调节装置基于pwm信号调节发光二极管的电流，从而能够有效解决激光led光功率不能调节的问题，以及传感器采集到的单位体积内的颗粒数值一致性差的问题。
附图说明
18.图1是现有粉尘传感器的电路示意图。
19.图2是本实用新型的电路示意图。
20.图3是本实用新型的一种具体实施方式的电路示意图。
具体实施方式
21.下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
22.实施例1
23.如图2所示，本实施例提供一种自动校准光功率的粉尘传感器，包括微处理器、光功率反馈二极管、发光二极管、光功率调节装置以及信号采集单元，
24.所述信号采集单元分别所述光功率反馈二极管和所述微处理器连接，用于采集所述光功率反馈二极管接收的光信号并转换为检测数据发送给所述微处理器；
25.所述微处理器与所述光功率调节装置连接，用于根据所述信号采集单元采集的检
测数据和预设数据向所述光功率调节装置输出pwm信号；
26.所述光功率调节装置与所述发光二极管连接，用于根据所述pwm信号调节所述发光二极管的光功率
27.在具体实施时，所述光功率调节装置包括pwm转换电路、电压信号调制电路和电流调节电路，所述pwm转换电路的输入连接所述微处理器，所述pwm转换电路的输出连接所述电压信号调制电路的输入，所述电压信号调制电路的输出连接所述电流调节电路的输入，所述电流调节电路的输出连接发光二极管的一端；所述pwm转换电路用于将所述微处理器输出的pwm信号转化为直流电压值送入所述电压信号调制电路，经所述电压信号调制电路的放大处理后，输出相应的模拟电压值给所述电流调节电路，所述电流调节电路根据所述模拟电压值控制所述发光二极管的导通电流。
28.在具体实施时，所述pwm转换电路包括rc滤波模块和分压模块，所述rc滤波模块一端接于所述微处理器上，所述rc滤波模块另一端通过所述分压模块输出直流电压值给所述电压信号调制电路。
29.在具体实施时，所述电压信号调制电路包括运算放大器，所述电流调节电路包括三极管，所述运算放大器的正输入端用于接收所述pwm转换电路输出的直流电压值；所述运算放大器的输出端连接所述三极管的基极，所述运算放大器的负输入端连接所述三极管的发射极，所述三极管的集电极通过所述发光二极管连接上拉电压。
30.在具体实施时，所述信号采集单元包括采样电阻和rc滤波模块，所述采样电阻串联在所述光功率反馈二极管的供电电路中，用于采集所述光功率反馈二极管的供电电路里的电流值并对外输出电压信号；所述rc滤波模块用于滤除所述采样电阻输出的电压信号的干扰信号，并将滤波后的电压信号反馈至所述微处理器。
31.本实施例的工作原理是：当所述电压信号调制电路输出的直流电压值大于pn结的导通电压，并处于某一恰当的值时，所述三极管处于放大状态，此时所述三极管的基极电流对集电极电流起着控制作用，基极电流ib越大，集电极电流ic也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化；因此，可以通过调节所述电压信号调制电路输出的直流电压值，改变基极电流值进而改变集电极电流值，从而起到调节所述发光二极管的光功率的作用。
32.具体流程是：所述微处理器输出占空比可调的pwm信号，该pwm信号通过所述pwm转换电路转换成电压信号ui，当pwm占空比不变时，所转换的电压ui也不变；
33.电压信号ui通过所述电压信号调制电路，可以控制激光led的发光二极管ld的工作电流ii，当电压信号ui不变时，工作电流ii不变。如果其它条件不变时，激光led的发光二极管ld的工作电流ii不变则基本能保证发光二极管ld的发光功率不变，那么激光led的光功率反馈二极管pd的反馈电流也会保持不变。
34.光功率反馈二极管pd的反馈电流通过所述信号采集单元转换成电压ua进入mcu
‑
adc转换成数值na。
35.预先设定数值ns和数值δn，如果na＜（ns
‑
δn），则由所述微处理器增大pwm信号的占空比，从而相应增大ui、ii，从而增大na,使得na＞（ns
‑
δn）同时na＜（ns δn）；如果na＞（ns δn），则由所述微处理器减小pwm信号的占空比，从而相应减小ui、ii，从而减小na,使得na＞（ns
‑
δn）同时na＜（ns δn）。如此，只要改变ns,就能改变激光led的光功率。
36.根据上述流程，当校准粉尘传感器时，将传感器放置在一个浓度均匀的粉尘环境中，用标准仪器检测出环境中的单位体积颗粒数值nb，并将nb发送给待校准的粉尘传感器作为预设值δb；
37.待校准的粉尘传感器将自己检测到的颗粒数值nc与nb比较，如果nc＜（nb
‑
δb），则由所述微处理器增大pwm信号占空比，从而相应增大ui、ii，从而增大激光led的发光功率,使得检测到的颗粒数值nc增大，直到nc＞（nb
‑
δb）同时nc＜（nb δb）；如果nc＞（nb δb），则由所述微处理器减小pwm信号的占空比，从而相应减小ui、ii，从而减小激光led的发光功率,使得检测到的颗粒数值nc减小，直到nc＞（nb
‑
δb）同时nc＜（nb δb）。
38.当批量校准粉尘传感器时，将多个传感器放置在一个浓度均匀的粉尘环境中，采用上述方式，能够完成批量传感器的颗粒数值一致性的校准，很好的解决粉尘传感器输出的颗粒数值一致性差的问题。
39.按照原来技术所批量制作的激光led模组的光功率设计范围在2.1~2.5mw,实际检测范围在2.0~2.6mw，组装成粉尘传感器后会叠加装配因素、供电因素等影响，实际测试中，在同样的环境浓度下多只粉尘传感器检测到的单位体积颗粒数值偏差会达到
±
20%或者更多。这种情况会给用户使用带来困扰，例如，用户买到的粉尘传感器在同一环境中检测输出的颗粒数值会出现有的输出8000，有的输出12000，体验效果很差。
40.采用本技术所提到的光功率调节装置组成的粉尘传感器则可以将这种偏差降到比较理想的情况。例如，通过设置合理的ns、δn、δb，将输出的颗粒数值一致性偏差降到
±
5%以内，给用户一个满意的体验效果。
41.实施例2
42.本实施例给出了所述自动校准光功率的粉尘传感器的一个具体实施例。
43.如图3所示，所述信号采集单元包括电阻r7、电阻r8和电容c5，其中，所述电阻r7为采样电阻，所述电阻r7的一端通过所述光功率反馈二极管连接上拉电压，所述电阻r7的另一端接电源地；所述电阻r8和所述电容c5串联后组成rc滤波电路，所述rc滤波电路与所述电阻r7并联；所述电阻r8和所述电容c5的连接处还用于向所述微处理器反馈所述光功率反馈二极管接收的光信号。
44.所述pwm转换电路的rc滤波模块包括电容c1、电阻r1、电容c2以及电阻r2，所述pwm转换电路的分压模块包括电阻r3和电阻r4；所述电阻r1的一端接于所述微处理器上，所述电阻r1的另一端依次通过所述电阻r2、所述电阻r3和所述电阻r4接电源地；所述电容c1的一端接于所述电阻r1和所述电阻r2的连接处，所述电容c1的另一端接电源地；所述电容c2的一端接于所述电阻r3和所述电阻r4的连接处，所述电容c3的另一端接电源地；所述电阻r3和所述电阻r4的连接处用于输出直流电压值给所述电压信号调制电路。
45.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。