Verwenden von Näherungsschaltern mit Ihrem Linearantrieb

Näherungsschalter

Näherungsschalter oder Sensoren sind berührungslose Schalter, die das Vorhandensein eines Objekts in ihrer Nähe erkennen können. Diese Sensoren können verwendet werden, um einen Linearantrieb anzuweisen, sich zu bewegen oder anzuhalten, wenn sich ein Objekt vor dem Sensor befindet oder wenn ein Objekt weggenommen wird. Sie können auch verwendet werden, um zu bestimmen, wie weit das nächstgelegene Objekt von ihnen entfernt ist, und um eine Rückmeldung zur Steuerung des Linearantriebs bereitzustellen. In der Regel werden Näherungssensoren verwendet, die mit Freisprech- oder berührungslosen Geräten verwendet werden, z. B. in berührungslosen Händetrocknern und Freisprech-Heckklappen in SUVs, aber auch in einer Vielzahl industrieller Anwendungen. Zum Gebrauch mit LinearantriebeNäherungssensoren können in verschiedenen Situationen eingesetzt werden, einschließlich berührungsloser Steuerung und Rückmeldung zur Objekterkennung.

Näherungssensoren erfassen im Allgemeinen das Vorhandensein eines Objekts mithilfe von elektromagnetischem Feld, Licht oder Schall [1]. Die Methode, mit der Ihr Linearantrieb erkennt, ob ein Objekt vorhanden ist, hängt vom Typ des Näherungssensors ab. Es gibt vier gängige Arten von Näherungssensoren:

  • Induktiv: Verwendet ein Magnetfeld zur Erkennung von Eisenmaterial
  • Kapazitiv: Verwendet Kapazitätsänderungen, um ein Objekt zu erkennen 
  • Photoelektrisch: Verwendet Licht, um zu erkennen, ob ein Objekt vorhanden ist
  • Ultraschall: Verwendet Ton, um zu erkennen, ob ein Objekt vorhanden ist 

Ihre Wahl des Typs hängt von Ihrer Anwendung und dem Material ab, das Sie erkennen möchten [1]. Sie haben auch eine Reihe anderer Spezifikationen, die Sie bei der Auswahl des richtigen Näherungssensors berücksichtigen müssen, einschließlich Erfassungsbereich, Reaktionszeit, Schaltfrequenz, Betriebstemperatur und Ausgangssignal. Um den richtigen Näherungssensor auszuwählen, müssen Sie Ihre Anwendungsanforderungen, den Sensortyp und die oben genannten Spezifikationen berücksichtigen und weitere Informationen im Datenblatt des Sensors finden.

Kapazitiver Näherungssensor

Was ist der Unterschied zwischen Näherungssensoren und Bewegungsmeldern?

Näherungssensoren sind keine Bewegungsmelder, da sie eher die Nähe eines Objekts als die Bewegung erfassen. BewegungsmelderWie der Name schon sagt, spüren Sie eher Bewegung als die Nähe eines Objekts oder einer Person. Funktionell kann ein Näherungssensor Ihnen mitteilen, wie nahe ein Objekt am Sensor ist, ob sich das Objekt bewegt oder nicht. Bewegungsmelder werden nur ausgelöst, wenn sich etwas bewegt, unabhängig davon, wie nahe ein Objekt ist.

Bewegungsmelder

Berührungslose Steuerung

Für die berührungslose Steuerung verwenden Sie den Näherungssensor wie einen einfachen Druckknopf. Dazu möchten Sie einen Näherungssensor mit einem kürzeren Erfassungsbereich auswählen, damit Sie den Schalter nicht versehentlich auslösen, und einen Sensor, der Ihre Hand, Ihren Fuß oder was auch immer Sie erkennen möchten. Eine gute Option hierfür ist ein kapazitiver Näherungssensor, da er einen kurzen Erfassungsbereich hat und eine Vielzahl von Materialien erfassen kann. Ultraschall- und einige fotoelektrische Näherungssensoren funktionieren jedoch auch, solange sie einen kürzeren Erfassungsbereich haben [1]. Sie müssen den Näherungssensor an einen Mikrocontroller anschließen, z Arduino, um den Ausgang des Sensors zu lesen. Wie Sie Ihren Näherungssensor an Ihren Mikrocontroller anschließen, hängt von Ihrer Wahl des Sensors ab. In den meisten Fällen empfängt Ihr Mikrocontroller jedoch entweder einen digital konvertierten Analogwert oder muss ein analoges Signal in einen digitalen Wert umwandeln.

Der Näherungssensor wirkt in dieser Anwendung nur wie ein einziger Druckknopf, wodurch unsere Kontrolle über den Linearantrieb eingeschränkt wird. Mithilfe unseres Mikrocontrollers können wir Code schreiben, um zwischen Ausfahren und Einfahren umzuschalten, wenn der Sensor ausgelöst wird, und indem wir die internen Endschalter des Linearantriebs verwenden, um den Aktuator anzuhalten, wenn er entweder die vollständig ausgefahrene oder eingefahrene Position erreicht. Wir können auch interne Rückkopplungen oder externe Endschalter verwenden, die es uns ermöglichen würden, andere Positionen zu verwenden, anstatt vollständig ausgefahren oder eingefahren zu sein, obwohl wir immer noch auf zwei Positionen beschränkt sind. Um dies in der Firmware unseres Mikrocontrollers zu tun, müssen wir jedes Mal, wenn der Näherungssensor ausgelöst wird, eine Flag-Variable umschalten. Das folgende Codebeispiel zeigt die Hauptschleife eines Arduino IDE-Codes unter Verwendung des Flags sensorFlag, um zu bestimmen, in welche Richtung Den Linearantrieb antreiben, die von einem angetrieben wird Kraftfahrer.

Um dieses Flag umzuschalten, müssen wir den Wert des Näherungssensors lesen. Da wir nicht wissen, wann der Sensor ausgelöst wird, müssen wir entweder ständig den Sensor in der Hauptschleife unseres Codes lesen oder wir können interne Timer-Interrupts verwenden, um den Sensor regelmäßig zu lesen. Letzteres gilt als bewährte Methode, insbesondere wenn Sie mit Ihrem Mikrocontroller parallele Aufgaben ausführen möchten, da dadurch sichergestellt wird, dass Ihr Sensor immer über den genauen Zeitraum gelesen wird. Das folgende Codebeispiel, das ein Arduino verwendet, zeigt, wie ein interner Timer-Interrupt eingerichtet wird, der jede Sekunde ausgelöst wird. Für den Arduino ist dies etwas komplexer als externe Interrupts, und Sie müssen möglicherweise einige ausführen zusätzliche Lektüre um zu erfahren, wie Sie Ihren Interrupt für Ihre Anwendung einrichten.

Die SINGAL-Funktion im obigen Code ist die Interrupt-Serviceroutine für den Timer-Interrupt, der jedes Mal ausgeführt wird, wenn der Interrupt ausgelöst wird, und den Wert des Näherungssensors jede Sekunde aktualisiert. Wenn der vom Sensor gelesene Wert kleiner als unser Schwellenwert ist, betrachten wir die Sensoren als „gedrückt“ und schalten die sensorFlag um. Sie müssen diesen Schwellenwert im Voraus bestimmen, indem Sie Ihren Sensor testen und einen Ausgabewert ermitteln, den Sie als „gedrückt“ betrachten möchten. Um das Umschalten des sensorFlag auf nur einmal zu beschränken, während der Sensor „gedrückt“ wird, gibt es ein weiteres Flag, das erst zurückgesetzt wird, wenn der Sensorwert nicht mehr kleiner als der Schwellenwert ist.

Hinderniserkennung

Näherungssensoren können auch verwendet werden, um zu messen, wie nahe das nächstgelegene Objekt vor ihnen ist. Dies kann besonders bei Anwendungen mit Linearantrieben nützlich sein, um Hindernisse vor dem Stellantrieb zu erkennen und eine Rückmeldung an die Steuerung zu senden, um den Stellantrieb anzuhalten, wenn er einem Objekt zu nahe kommt, wie im folgenden Video. Um einen Näherungssensor auf ähnliche Weise zu verwenden, sollten Sie einen Näherungssensor auswählen, der einen größeren Erfassungsbereich hat und verschiedene Arten von Materialien erkennen kann. Ultraschallsensoren sind hierfür eine gute Wahl, da sie ein breites Erfassungsfeld haben können, obwohl Sie auf die toten Winkel des Sensors achten müssen.

Der Aufbau des Näherungssensors für diese Anwendung ist der berührungslosen Steuerung sehr ähnlich. Sie müssen den Ausgang des Sensors weiterhin mit einem Mikrocontroller lesen und möchten erneut einen internen Timer-Interrupt verwenden, um die Werte regelmäßig vom Sensor zu lesen. Der Sensor wird jetzt jedoch vor dem Aktuator positioniert, um Hindernisse davor zu erkennen. Die Ausgabe des Sensors bezieht sich auf die Entfernung des nächstgelegenen Objekts vor dem Sensor. Dies bedeutet, dass wir einen Schwellenwert bestimmen können, der auf der minimalen Sicherheitsentfernung basiert. Dieser Schwellenwert hängt vom ausgewählten Sensor ab. Im folgenden Codebeispiel wird die SIGNAL-Funktion, die die Interrupt-Serviceroutine darstellt, jede Millisekunde vorgeformt, misst die Ausgabe unseres Sensors und vergleicht sie mit unserem Schwellenwert. Wenn der gemessene Wert kleiner als der Schwellenwert ist, wird das Flag sensorFlag auf 1 gesetzt und in der Hauptschleife zum Stoppen des Linearantriebs verwendet. Während der gemessene Wert kleiner als der Schwellenwert ist, erlaubt der Code nicht, dass der Aktuator weiter verlängert wird, bis der Messwert größer als der Schwellenwert ist und das Flag auf 0 zurückgesetzt wird. Der Code erlaubt weiterhin die Linearität Aktuator zum Einfahren, während der SensorFlag auf 1 gesetzt ist, da das Einfahren des Aktuators immer noch sicher ist.

Verweise

[1] Kinney, T. A. (2001, Sept.) Näherungssensoren im Vergleich: Induktiv, kapazitiv, fotoelektrisch und Ultraschall Abgerufen von: https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic

Sensorbilder von: Digikey.com  

Tags:

Share this article

Vorgestellte Sammlungen

Benötigen Sie Hilfe bei der Suche nach dem richtigen Stellantrieb?

Wir entwickeln und fertigen unsere Produkte präzise, ​​damit Sie direkte Herstellerpreise erhalten. Wir bieten Versand am selben Tag und kompetente Kundenbetreuung. Verwenden Sie unseren Aktuatorrechner, um Hilfe bei der Auswahl des richtigen Aktuators für Ihre Anwendung zu erhalten.