Usando chaves de proximidade com seu atuador linear

Sensores de proximidade

Chaves de proximidade, ou sensores, são chaves sem contato que podem detectar a presença de um objeto em sua vizinhança. Esses sensores podem ser usados ​​para dizer a um atuador linear para se mover ou parar quando um objeto é posicionado na frente do sensor ou se um objeto é retirado. Eles também podem ser usados ​​para determinar a que distância o objeto mais próximo está deles e podem ser usados ​​para fornecer feedback para controlar o atuador linear. Normalmente, você verá sensores de proximidade usados ​​com dispositivos viva-voz ou sem toque, como em secador de mãos sem toque e portas traseiras acionadas com viva-voz em SUVs, mas também são usados ​​em uma ampla gama de aplicações industriais. Para usar com atuadores lineares, os sensores de proximidade podem ser usados ​​em várias situações, incluindo controle sem toque e feedback de detecção de objeto.

Sensores de proximidade geralmente detectam a presença de um objeto usando campo eletromagnético, luz ou som [1]. O método que seu atuador linear detecta se um objeto está presente dependerá do tipo de sensor de proximidade. Existem quatro tipos comuns de sensores de proximidade:

  • Indutivo: Usa campo magnético para detectar material ferroso
  • Capacidade: Usa mudanças na capacitância para detectar um objeto 
  • Fotoelétrico: Usa luz para detectar se um objeto está presente
  • Ultrassônico: Usa som para detectar se um objeto está presente 

Sua escolha de tipo dependerá de sua aplicação e do material que você deseja detectar [1]. Você também terá uma série de outras especificações que precisará considerar ao escolher o sensor de proximidade correto, que inclui faixa de detecção, tempo de resposta, frequência de comutação, temperatura operacional e sinal de saída. Para escolher o sensor de proximidade correto, você precisará considerar as necessidades de sua aplicação, o tipo de sensor, as especificações acima e consultar a ficha técnica do sensor para obter informações adicionais.

Sensor de proximidade capacitivo

Qual é a diferença entre sensores de proximidade e detectores de movimento?

Os sensores de proximidade não são detectores de movimento, pois detectam a proximidade de um objeto em vez de movimento. Detectores de movimento, como o nome sugere, sinta o movimento em vez da proximidade de um objeto ou pessoa. Funcionalmente, um sensor de proximidade será capaz de dizer o quão perto um objeto está do sensor, esteja o objeto em movimento ou não. Enquanto detectores de movimento, só dispararão quando houver movimento, independentemente da proximidade do objeto.

Detector de movimento

Controle sem toque

Para controle sem toque, você utilizará o sensor de proximidade como um simples botão. Para fazer isso, você vai querer escolher um sensor de proximidade que tenha um alcance de detecção mais curto, para que você não acione o interruptor acidentalmente, e um sensor que detecte sua mão, pé ou o que quer que você esteja tentando detectar. Uma boa opção para isso é um sensor de proximidade capacitivo, pois eles têm um alcance de detecção curto e podem detectar uma ampla gama de materiais, mas ultrassônicos e alguns sensores de proximidade fotoelétricos também funcionarão, desde que tenham um alcance de detecção mais curto [1]. Você precisará conectar o sensor de proximidade a um microcontrolador, como um Arduino, para ler a saída do sensor. A maneira como você conecta o sensor de proximidade ao microcontrolador dependerá da escolha do sensor, mas na maioria dos casos, o microcontrolador receberá um valor analógico convertido digital ou precisará converter um sinal analógico em um valor digital.

O sensor de proximidade funcionará apenas como um único botão nesta aplicação, o que limitará nosso controle sobre o atuador linear. Utilizando nosso microcontrolador, podemos escrever código para alternar entre estender e retrair quando o sensor é acionado e utilizando os interruptores de limite internos do atuador linear para parar o atuador quando ele atinge a posição totalmente estendida ou retraída. Também podemos fazer uso de feedback interno ou interruptores de limite externos que nos permitiriam utilizar outras posições em vez de totalmente estendidos ou retraídos, embora ainda estejamos limitados a duas posições. Para fazer isso no firmware do nosso microcontrolador, precisaremos alternar uma variável de sinalização toda vez que o sensor de proximidade for acionado. O exemplo de código abaixo mostra o loop principal de um código IDE do Arduino usando o sinalizador sensorFlag para determinar em qual direção conduzir o atuador linear, que é impulsionado por um motorista de motor.

Para alternar este sinalizador, precisamos ler o valor do sensor de proximidade. Como não sabemos quando o sensor será acionado, precisaremos estar constantemente lendo o sensor no loop principal de nosso código ou podemos fazer uso de interrupções de temporizador interno para ler o sensor periodicamente. A última é considerada a prática recomendada, especialmente se você quiser usar seu microcontrolador para executar tarefas paralelas, pois garante que seu sensor sempre será lido no período exato de tempo. O exemplo de código abaixo, que usando um Arduino, mostra como configurar uma interrupção de timer interno que é disparada a cada segundo. Para o Arduino, isso é um pouco mais complexo do que as interrupções externas e pode ser necessário fazer alguns leitura adicional para aprender como configurar sua interrupção para seu aplicativo.

A Função SINGAL, no código acima, é a rotina de serviço de interrupção para a interrupção do temporizador, que é executada toda vez que a interrupção é acionada, atualiza o valor do sensor de proximidade a cada segundo. Se o valor lido do sensor for menor que nosso valor limite, consideramos os sensores "pressionados" e alternamos o sensorFlag. Você precisará determinar esse valor limite com antecedência testando seu sensor e determinar um valor de saída que deseja considerar como “pressionado”. Para limitar a alternância do sensorFlag para apenas uma vez enquanto o sensor é “pressionado”, há outro sinalizador que não é redefinido até que o valor do sensor não seja mais menor que o valor limite.

Detecção de Obstáculos

Os sensores de proximidade também podem ser usados ​​para medir a proximidade do objeto mais próximo na frente deles. Isso pode ser particularmente útil em aplicações com atuadores lineares para detectar obstáculos na frente do atuador e enviar feedback de volta ao controlador para parar o atuador se ele chegar muito perto de um objeto, como no vídeo abaixo. Para usar um sensor de proximidade de maneira semelhante, você deve escolher um sensor de proximidade que tenha um alcance de detecção maior e seja capaz de detectar vários tipos de materiais. Sensores ultrassônicos são uma boa escolha para isso, pois podem ter um amplo campo de detecção, embora você precise ter cuidado com os pontos cegos do sensor.

A configuração do sensor de proximidade para esta aplicação é bastante semelhante ao controle sem toque. Você ainda precisará ler a saída do sensor usando um microcontrolador e, novamente, desejará usar uma interrupção de temporizador interno para ler os valores do sensor periodicamente. Embora, o sensor agora será posicionado na frente do atuador para detectar obstáculos na frente dele. A saída do sensor será relacionada à distância do objeto mais próximo na frente do sensor, o que significa que podemos determinar um valor limite baseado na distância mínima de segurança. Este valor limite irá variar com base no sensor selecionado. No exemplo de código abaixo, a função SIGNAL, que é a rotina de serviço de interrupção, é executada a cada milissegundo e mede a saída de nosso sensor e a compara com nosso valor limite. Se o valor medido for menor que o valor limite, o sinalizador sensorFlag é definido como 1 e é usado no loop principal para parar o atuador linear. Embora o valor medido seja menor do que o valor limite, o código não permitirá que o atuador seja estendido mais até que o valor da medida seja maior do que o valor limite e o sinalizador seja redefinido para 0. O código ainda permitirá o linear o atuador retrai enquanto o sensorFlag está definido como 1, pois ainda é seguro retrair o atuador.

Referências

[1] Kinney, T. A. (2001, setembro) Sensores de proximidade comparados: indutivo, capacitivo, fotoelétrico e ultrassônico Obtido de: https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic

Imagens do sensor de: Digikey.com  

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