由于光電感測可以通過電氣、機電和電子組件實現(xiàn)，所以學(xué)習(xí)使用ArduinoOpenPLC的現(xiàn)成組件來構(gòu)建、測試和實施原型光電開關(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電一體化的自動化系統(tǒng)中獲得性能數(shù)據(jù)。機電一體化是一個多學(xué)科的領(lǐng)域，它將機械系統(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。

管理機電一體化的典型方法是使用能夠監(jiān)測工業(yè)過程和控制機電致動器的基于計算機的控制器。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)的計算機化工業(yè)控制器。通過電子傳感器，PLC可以監(jiān)控各種制造過程，并有助于改善機電致動器的性能。

考慮到這些背景信息，本項目將探索創(chuàng)建一個特定的電子傳感器，光電開關(guān)（也稱為光電傳感器），并將其與ArduinoOpenPLC平臺一起使用。

設(shè)置場景：什么是光電晶體管？

光電晶體管是檢測光并將光轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體組件，并且被設(shè)計為響應(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，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如圖2所示。

圖2 光電晶體管的電子符號

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，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術(shù)語是光發(fā)射率，即當(dāng)光電晶體管的基極集電體存在光時，并且電子的發(fā)射開啟這個輻射固態(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)沒有運動部件。因此，光電晶體管具有比限位開關(guān)更長的開關(guān)操作壽命?？偟膩碚f，光電晶體管較長的工作壽命是基于沒有典型限位開關(guān)那樣的機械接觸磨損。

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)備來檢測光。光電開關(guān)具有多種光檢測方法來檢測光的不存在或存在，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。

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)會中斷光。