将接近开关与线性执行器一起使用

接近开关

接近开关或传感器是非接触式开关,可以检测附近物体的存在。当物体位于传感器前面或物体被拿走时,这些传感器可用于告诉线性致动器移动或停止。它们还可以用于确定最接近的对象距它们有多远,并且可以用于提供反馈以控制线性致动器。通常,您会看到与免提或非接触式设备配合使用的接近传感器,例如非接触式干手器和SUV中的免提电动后挡板,但它们也被广泛用于工业应用中。用于 线性执行器,接近传感器可用于各种情况,包括非接触式控制和物体检测反馈。

接近传感器通常通过使用电磁场,光或声音来检测物体的存在[1]。线性执行器检测物体是否存在的方法将取决于接近传感器的类型。接近传感器有四种常见类型:

  • 感应式:使用磁场检测含铁材料
  • 电容式:使用电容变化来检测物体 
  • 光电:使用光检测是否存在物体
  • 超音波:使用声音检测是否存在物体 

您选择的类型取决于您的应用程序和要检测的材料[1]。选择正确的接近传感器时,您还将需要考虑许多其他规格,包括检测范围,响应时间,开关频率,工作温度和输出信号。要选择合适的接近传感器,您需要考虑您的应用需求,传感器类型,上述规格,并查阅传感器的数据表以获取更多信息。

电容式接近传感器

接近传感器和运动检测器有什么区别?

接近传感器不是运动检测器,因为它们检测的是物体而不是运动的接近。 运动探测器顾名思义,感觉运动而不是物体或人的接近。从功能上讲,接近传感器将能够告诉您物体是否在移动中,离传感器有多近。使用运动检测器时,无论物体有多近,它都只会在有运动时触发。

运动探测器

非接触式控制

对于非接触式控制,您将像简单的按钮一样利用接近传感器。为此,您需要选择一个检测距离较短的接近传感器,以免意外触发开关,并选择一个可以检测您的手,脚或任何试图检测的传感器。电容式接近传感器是一个很好的选择,因为它们的检测范围很短并且可以检测多种材料,但是超声波和某些光电接近传感器也可以使用,只要它们的检测范围更短[1]。您需要将接近传感器连接到微控制器,例如 Arduino的,以读取传感器的输出。如何将接近传感器连接到微控制器将取决于您对传感器的选择,但是在大多数情况下,您的微控制器将接收数字转换后的模拟值,或者需要将模拟信号转换为数字值。

在此应用中,接近传感器只能像一个按钮一样操作,这将限制我们对线性执行器的控制。利用我们的微控制器,我们可以编写代码以在触发传感器时在伸出和缩回之间切换,并利用线性执行器的内部限位开关在达到完全伸出或缩回位置时停止执行器。我们也可以利用内部反馈或外部限位开关,尽管我们仍将限于两个位置,但它们将允许我们利用其他位置而不是完全伸展或缩回。为此,在我们的微控制器固件中,每次接近传感器触发时,我们都需要切换一个标志变量。下面的代码示例显示了使用标志sensorFlag确定指向哪个方向的Arduino IDE代码的主循环。 驱动线性执行器,由 马达驱动器.

要切换此标志,我们需要读取接近传感器的值。由于我们不知道何时触发传感器,我们要么需要在代码的主循环中不断读取传感器,要么可以利用内部计时器中断来定期读取传感器。后者被认为是最佳实践,特别是如果您想使用微控制器执行并行任务,因为这可以确保始终在准确的时间段内读取传感器。下面的代码示例使用Arduino,显示了如何设置每秒触发的内部计时器中断。对于Arduino,这比外部中断要复杂一些,您可能需要做一些事情 补充阅读 了解如何为应用程序设置中断。

上面代码中的SINGAL函数是计时器中断的中断服务例程,该例程在每次触发中断时运行,并每秒更新一次接近传感器的值。如果从传感器读取的值小于我们的阈值,则认为传感器被``按下''并切换sensorFlag。您需要通过测试传感器并确定要视为“按下”的输出值来预先确定此阈值。为了在“按下”传感器时仅将sensorFlag的切换限制为一次,存在另一个标志,直到传感器值不再小于阈值才重置。

障碍物检测

接近传感器还可以用于测量其前面最近的物体的接近程度。这在带有线性执行器的应用中特别有用,可以检测到执行器前方的障碍物,如果执行器离物体太近,则将反馈发送回控制器以停止执行器,如以下视频所示。要以类似的方式使用接近传感器,您需要选择一个具有较大检测范围并能够检测各种类型物料的接近传感器。超声波传感器是一个不错的选择,因为它们可能具有广阔的感测范围,尽管您需要注意传感器的盲点。

用于该应用的接近传感器的设置与非接触式控制非常相似。您仍然需要使用微控制器读取传感器的输出,并且再次想要利用内部计时器中断来定期从传感器读取值。但是,传感器现在将位于执行器的前面,以检测其前面的障碍物。传感器的输出将与传感器前面最近的物体的距离有关,这意味着我们可以基于最小安全距离确定阈值。该阈值将根据所选的传感器而变化。在下面的代码示例中,信号功能(即中断服务例程)每毫秒执行一次,并测量传感器的输出并将其与阈值进行比较。如果测量值小于阈值,则将标志sensorFlag设置为1,并在主回路中使用它来停止线性执行器。当测量值小于阈值时,该代码将不允许执行器进一步扩展,直到测量值大于阈值并将标志重置为0。该代码仍将允许线性当sensorFlag设置为1时,执行器将缩回,因为仍然可以安全地缩回执行器。

参考文献

[1] Kinney,T. A.(2001年9月) 接近传感器的比较:电感,电容,光电和超声波 从...获得: https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic

来自的传感器图像: Digikey.com  

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