由于光電感測(cè)可以通過(guò)電氣、機(jī)電和電子組件實(shí)現(xiàn)，所以學(xué)習(xí)使用ArduinoOpenPLC的現(xiàn)成組件來(lái)構(gòu)建、測(cè)試和實(shí)施原型光電開關(guān)。

控制工業(yè)（當(dāng)然還有其他工業(yè)）中使用的一個(gè)重要部件是電子傳感器。電子傳感器在制造中的重要性在于能夠從各種基于機(jī)電一體化的自動(dòng)化系統(tǒng)中獲得性能數(shù)據(jù)。機(jī)電一體化是一個(gè)多學(xué)科的領(lǐng)域，它將機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)相結(jié)合，包括數(shù)字控制、電子傳感器和控制軟件。

管理機(jī)電一體化的典型方法是使用能夠監(jiān)測(cè)工業(yè)過(guò)程和控制機(jī)電致動(dòng)器的基于計(jì)算機(jī)的控制器。PLC（可編程邏輯控制器）是能夠執(zhí)行這種工業(yè)相關(guān)任務(wù)的計(jì)算機(jī)化工業(yè)控制器。通過(guò)電子傳感器，PLC可以監(jiān)控各種制造過(guò)程，并有助于改善機(jī)電致動(dòng)器的性能。

考慮到這些背景信息，本項(xiàng)目將探索創(chuàng)建一個(gè)特定的電子傳感器，光電開關(guān)（也稱為光電傳感器），并將其與ArduinoOpenPLC平臺(tái)一起使用。

設(shè)置場(chǎng)景：什么是光電晶體管？

光電晶體管是檢測(cè)光并將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體組件，并且被設(shè)計(jì)為響應(yīng)光而不是輸入電壓。像典型的晶體管一樣，光電晶體管由基極、集電極和發(fā)射極層組成。光敏層為基極-集電極結(jié)。當(dāng)光入射到基極-集電極結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子流，從而允許晶體管內(nèi)的電流放大。光電晶體管封裝為兩個(gè)引線或螺紋引線組件，如圖1所示。

光電晶體管封裝

圖1 光電晶體管封裝

另外，光電晶體管的電子符號(hào)如圖2所示。

圖2 光電晶體管的電子符號(hào)

在基極-集電極結(jié)為敏感層的情況下，由集電極和發(fā)射極引線組成的兩針組件是通過(guò)電子零件經(jīng)銷商銷售的常見制造半導(dǎo)體零件。光電晶體管通常被配置為使用基極-集電極結(jié)作為內(nèi)部感光元件的NPN器件。當(dāng)存在光時(shí)，基極-集電極結(jié)允許基極-發(fā)射極結(jié)導(dǎo)通，從而將設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆婇_關(guān)。用于描述光的存在的另一個(gè)術(shù)語(yǔ)是光發(fā)射率，即當(dāng)光電晶體管的基極集電體存在光時(shí)，并且電子的發(fā)射開啟這個(gè)輻射固態(tài)組件。

像限位開關(guān)一樣，光電晶體管的光電開關(guān)功能可以檢測(cè)物體，而不需要物理接觸。與限位開關(guān)不同，光電晶體管的光電開關(guān)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件。因此，光電晶體管具有比限位開關(guān)更長(zhǎng)的開關(guān)操作壽命?？偟膩?lái)說(shuō)，光電晶體管較長(zhǎng)的工作壽命是基于沒(méi)有典型限位開關(guān)那樣的機(jī)械接觸磨損。

圖3展示了典型光電晶體管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖3

隨著對(duì)光電晶體管的了解，我們將使用OpenPLC梯形圖（LD）構(gòu)建光電開關(guān)，以與我們概念性的Arduino PLC進(jìn)行交互。

光電傳感器基片——反射式、穿透式和回射式

光電開關(guān)（或傳感器）是一種能夠利用光檢測(cè)物體是否存在的電子設(shè)備，并且使用光電二極管或光電晶體管等光電發(fā)射設(shè)備來(lái)檢測(cè)光。光電開關(guān)具有多種光檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)光的不存在或存在，包括：

反射式

貫穿式橫梁

反向反射的

反射法，如圖4所示，使用一個(gè)外殼封裝光發(fā)射器和光接收器。利用這種方法，光接收器具有光電二極管或光電晶體管以檢測(cè)從激光器或LED（發(fā)光二極管）發(fā)射的光。LED或激光發(fā)出的光被物體（目標(biāo)）反射，并被光電晶體管或光電二極管檢測(cè)。

反射式模型

圖4 反射式模型

通波束方法（圖5）將發(fā)射器和接收器組件分開，在發(fā)射器和接收器之間放置目標(biāo)會(huì)中斷光。