Uso de interruptores de proximidad con su actuador lineal

Detectores de proximidad

Los interruptores de proximidad, o sensores, son interruptores sin contacto que pueden detectar la presencia de un objeto en su vecindad. Estos sensores se pueden usar para decirle a un actuador lineal que se mueva o se detenga cuando un objeto se coloca frente al sensor o si se retira un objeto. También se pueden usar para determinar qué tan lejos está el objeto más cercano a ellos y se pueden usar para proporcionar retroalimentación para controlar el actuador lineal. Por lo general, verá sensores de proximidad que se utilizan con dispositivos de manos libres o sin contacto, como en el secador de manos sin contacto y en las compuertas traseras eléctricas de manos libres en los SUV, pero también se utilizan en una amplia gama de aplicaciones industriales. Para usar con actuadores lineales, los sensores de proximidad se pueden utilizar en diversas situaciones, incluido el control sin contacto y la retroalimentación de detección de objetos.

Los sensores de proximidad generalmente detectan la presencia de un objeto mediante el uso de un campo electromagnético, luz o sonido [1]. El método con el que su actuador lineal detecta si un objeto está presente dependerá del tipo de sensor de proximidad. Hay cuatro tipos comunes de sensores de proximidad:

  • Inductivo: Utiliza un campo magnético para detectar material ferroso
  • Capacitivo: Usa cambios en la capacitancia para detectar un objeto 
  • Fotoeléctrico: Utiliza luz para detectar si hay un objeto presente
  • Ultrasónico: Usa sonido para detectar si un objeto está presente 

Su elección de tipo dependerá de su aplicación y del material que desee detectar [1]. También tendrá una serie de otras especificaciones que deberá considerar al elegir el sensor de proximidad correcto, que incluye rango de detección, tiempo de respuesta, frecuencia de conmutación, temperatura de funcionamiento y señal de salida. Para elegir el sensor de proximidad correcto, deberá considerar las necesidades de su aplicación, el tipo de sensor, las especificaciones anteriores y consultar la hoja de datos del sensor para obtener información adicional.

Sensor de proximidad capacitivo

¿Cuál es la diferencia entre sensores de proximidad y detectores de movimiento?

Los sensores de proximidad no son detectores de movimiento, ya que detectan la proximidad de un objeto en lugar de movimiento. Detectores de movimiento, como sugiere su nombre, sienten el movimiento más que la cercanía de un objeto o persona. Funcionalmente, un sensor de proximidad podrá decirle qué tan cerca está un objeto del sensor si el objeto se está moviendo o no. Mientras que los detectores de movimiento, solo se activarán cuando haya movimiento, independientemente de qué tan cerca esté un objeto.

Detector de movimiento

Control sin contacto

Para el control sin contacto, utilizará el sensor de proximidad como un simple botón. Para hacer esto, querrá elegir un sensor de proximidad que tenga un rango de detección más corto, para que no active accidentalmente el interruptor, y un sensor que detecte su mano, pie o lo que sea que esté tratando de detectar. Una buena opción para esto es un sensor de proximidad capacitivo, ya que tienen un rango de detección corto y pueden detectar una amplia gama de materiales, pero los sensores de proximidad ultrasónicos y algunos fotoeléctricos también funcionarán siempre que tengan un rango de detección más corto [1]. Deberá conectar el sensor de proximidad a un microcontrolador, como un Arduino, para leer la salida del sensor. La forma en que conecte su sensor de proximidad a su microcontrolador dependerá de su elección de sensor, pero en la mayoría de los casos, su microcontrolador recibirá un valor analógico convertido digital o necesitará convertir una señal analógica en un valor digital.

El sensor de proximidad solo actuará como un solo botón pulsador en esta aplicación, lo que limitará nuestro control sobre el actuador lineal. Utilizando nuestro microcontrolador, podemos escribir código para alternar entre extensión y retracción cuando se activa el sensor y utilizando los interruptores de límite internos del actuador lineal para detener el actuador cuando alcanza la posición completamente extendida o retraída. También podemos hacer uso de retroalimentación interna o interruptores de límite externos que nos permitirían utilizar otras posiciones en lugar de estar completamente extendidos o retraídos, aunque todavía estaremos limitados a dos posiciones. Para hacer esto en el firmware de nuestro microcontrolador, necesitaremos alternar una variable de bandera cada vez que se active el sensor de proximidad. El siguiente ejemplo de código muestra el bucle principal de un código IDE de Arduino utilizando el indicador sensorFlag para determinar en qué dirección accionar el actuador lineal, que es impulsado por un conductor del motor.

Para alternar esta bandera, necesitamos leer el valor del sensor de proximidad. Como no sabemos cuándo se activará el sensor, tendremos que estar leyendo constantemente el sensor en el bucle principal de nuestro código o podemos hacer uso de las interrupciones internas del temporizador para leer el sensor periódicamente. Esta última se considera la mejor práctica, especialmente si desea utilizar su microcontrolador para realizar tareas paralelas, ya que garantiza que su sensor siempre se leerá durante el período de tiempo exacto. El siguiente ejemplo de código, que usa un Arduino, muestra cómo configurar una interrupción del temporizador interno que se activa cada segundo. Para Arduino, esto es un poco más complejo que las interrupciones externas y es posible que deba hacer algunas Lectura adicional para aprender cómo configurar su interrupción para su aplicación.

La función SINGAL, en el código anterior, es la rutina de servicio de interrupción para la interrupción del temporizador, que se ejecuta cada vez que se activa la interrupción, actualiza el valor del sensor de proximidad cada segundo. Si el valor leído del sensor es menor que nuestro valor de umbral, consideramos los sensores "presionados" y cambiamos el sensorFlag. Deberá determinar este valor de umbral de antemano probando su sensor y determinando un valor de salida que desea considerar como "presionado". Para limitar el cambio del sensorFlag a solo una vez mientras el sensor está "presionado", hay otro indicador que no se restablece hasta que el valor del sensor ya no es menor que el valor del umbral.

Detección de obstáculos

Los sensores de proximidad también se pueden usar para medir qué tan cerca está el objeto más cercano frente a ellos. Esto puede ser particularmente útil en aplicaciones con actuadores lineales para detectar obstáculos frente al actuador y enviar retroalimentación al controlador para detener el actuador si se acerca demasiado a un objeto, como en el video a continuación. Para usar un sensor de proximidad de manera similar, querrá elegir un sensor de proximidad que tenga un rango de detección más grande y sea capaz de detectar varios tipos de materiales. Los sensores ultrasónicos son una buena opción para esto, ya que pueden tener un campo de detección amplio, aunque deberá tener cuidado con los puntos ciegos del sensor.

La configuración del sensor de proximidad para esta aplicación es bastante similar al control sin contacto. Aún necesitará leer la salida del sensor usando un microcontrolador y nuevamente querrá hacer uso de una interrupción interna del temporizador para leer los valores del sensor periódicamente. Sin embargo, el sensor ahora se colocará frente al actuador para detectar obstáculos frente a él. La salida del sensor estará relacionada con la distancia del objeto más cercano frente al sensor, lo que significa que podemos determinar un valor de umbral que se basa en la distancia mínima de seguridad. Este valor de umbral variará según el sensor seleccionado. En el ejemplo de código a continuación, la función SIGNAL, que es la rutina del servicio de interrupción, se realiza cada milisegundo y mide la salida de nuestro sensor y la compara con nuestro valor de umbral. Si el valor medido es menor que el valor de umbral, el indicador sensorFlag se establece en 1 y se usa en el lazo principal para detener el actuador lineal. Si bien el valor medido es menor que el valor del umbral, el código no permitirá que el actuador se extienda más hasta que el valor de la medida sea mayor que el valor del umbral y la bandera se restablezca a 0. El código aún permitirá el lineal actuador para retraer mientras el sensorFlag está establecido en 1 ya que todavía es seguro retraer el actuador.

Referencias

[1] Kinney, T. A. (2001, septiembre) Sensores de proximidad comparados: inductivos, capacitivos, fotoeléctricos y ultrasónicos Obtenido de: https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic

Imágenes del sensor de: Digikey.com  

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