將接近開關與線性執行器一起使用

接近開關

接近開關或傳感器是非接觸式開關,可以檢測附近物體的存在。當物體位於傳感器前面或物體被拿走時,這些傳感器可用於告訴線性致動器移動或停止。它們還可以用於確定最接近的對象離它們有多遠,並且可以用於提供反饋以控制線性致動器。通常,您會看到與免提或非接觸式設備配合使用的接近傳感器,例如非接觸式乾手器和SUV中的免提電動後擋板,但它們也被廣泛用於工業應用中。用於 線性執行器,接近傳感器可用於各種情況,包括非接觸式控制和物體檢測反饋。

接近傳感器通常通過使用電磁場,光或聲音來檢測物體的存在[1]。線性執行器檢測物體是否存在的方法將取決於接近傳感器的類型。接近傳感器有四種常見類型:

  • 感應式:使用磁場檢測含鐵材料
  • 電容式:使用電容變化來檢測物體 
  • 光電:使用光檢測是否存在物體
  • 超音波:使用聲音檢測是否存在物體 

您選擇的類型取決於您的應用程序和要檢測的材料[1]。選擇正確的接近傳感器時,您還將需要考慮許多其他規格,包括檢測範圍,響應時間,開關頻率,工作溫度和輸出信號。要選擇合適的接近傳感器,您需要考慮您的應用需求,傳感器類型,上述規格,並查閱傳感器的數據表以獲取更多信息。

電容式接近傳感器

接近傳感器和運動檢測器有什麼區別?

接近傳感器不是運動檢測器,因為它們檢測的是物體而不是運動的接近。 運動探測器顧名思義,感覺運動而不是物體或人的接近。從功能上講,接近傳感器將能夠告訴您物體是否在移動中,離傳感器有多近。使用運動檢測器時,無論物體有多近,它都只會在有運動時觸發。

運動探測器

非接觸式控制

對於非接觸式控制,您將像簡單的按鈕一樣利用接近傳感器。為此,您需要選擇一個檢測距離較短的接近傳感器,以免意外觸發開關,並選擇一個可以檢測您的手,腳或任何試圖檢測的傳感器。電容式接近傳感器是一個很好的選擇,因為它們的檢測範圍很短並且可以檢測多種材料,但是超聲波和某些光電接近傳感器也可以使用,只要它們的檢測範圍更短[1]。您需要將接近傳感器連接到微控制器,例如 Arduino的,以讀取傳感器的輸出。如何將接近傳感器連接到微控制器將取決於您對傳感器的選擇,但是在大多數情況下,您的微控制器將接收數字轉換後的模擬值,或者需要將模擬信號轉換為數字值。

在此應用中,接近傳感器只能像一個按鈕一樣工作,這將限制我們對線性執行器的控制。利用我們的微控制器,我們可以編寫代碼以在觸發傳感器時在伸出和縮回之間切換,並利用線性執行器的內部限位開關在達到完全伸出或縮回位置時停止執行器。我們也可以利用內部反饋或外部限位開關,儘管我們仍將限於兩個位置,但它們將允許我們利用其他位置而不是完全伸展或縮回。為此,在我們的微控制器固件中,每次接近傳感器觸發時,我們都需要切換一個標誌變量。下面的代碼示例顯示了使用標誌sensorFlag確定指向哪個方向的Arduino IDE代碼的主循環。 驅動線性執行器,由 馬達驅動器.

要切換此標誌,我們需要讀取接近傳感器的值。由於我們不知道何時觸發傳感器,我們要么需要在代碼的主循環中不斷讀取傳感器,要么可以利用內部計時器中斷來定期讀取傳感器。後者被認為是最佳實踐,特別是如果您想使用微控制器執行並行任務,因為這可確保始終在準確的時間段內讀取傳感器。下面的代碼示例使用Arduino,顯示瞭如何設置每秒觸發的內部計時器中斷。對於Arduino,這比外部中斷要復雜一些,您可能需要做一些事情 補充閱讀 了解如何為應用程序設置中斷。

上面代碼中的SINGAL函數是計時器中斷的中斷服務例程,該例程在每次觸發中斷時運行,並每秒更新一次接近傳感器的值。如果從傳感器讀取的值小於我們的閾值,則認為傳感器被``按下''並切換sensorFlag。您需要通過測試傳感器並確定要視為“按下”的輸出值來預先確定此閾值。為了在“按下”傳感器時僅將sensorFlag的切換限制為一次,存在另一個標誌,直到傳感器值不再小於閾值才重置。

障礙物檢測

接近傳感器還可以用於測量距離它們最近的物體有多近。這在帶有線性執行器的應用中特別有用,可以檢測到執行器前方的障礙物,如果執行器離物體太近,則將反饋發送回控制器以停止執行器,如以下視頻所示。要以類似的方式使用接近傳感器,您需要選擇一個具有較大檢測範圍並能夠檢測各種類型物料的接近傳感器。超聲波傳感器是一個很好的選擇,因為它們可能具有廣闊的感測範圍,儘管您需要注意傳感器的盲點。

用於該應用的接近傳感器的設置與非接觸式控制非常相似。您仍然需要使用微控制器讀取傳感器的輸出,並且再次想要利用內部計時器中斷來定期從傳感器讀取值。但是,傳感器現在將位於執行器的前面,以檢測其前面的障礙物。傳感器的輸出將與傳感器前面最近的物體的距離有關,這意味著我們可以基於最小安全距離確定閾值。該閾值將根據所選的傳感器而變化。在下面的代碼示例中,信號功能(即中斷服務例程)每毫秒執行一次,並測量傳感器的輸出並將其與閾值進行比較。如果測量值小於閾值,則將標誌sensorFlag設置為1,並在主迴路中使用它來停止線性執行器。當測量值小於閾值時,該代碼將不允許執行器進一步擴展,直到測量值大於閾值並將標誌重置為0。該代碼仍將允許線性當sensorFlag設置為1時,執行器將縮回,因為仍然可以安全地縮回執行器。

參考文獻

[1] Kinney,T. A.(2001年9月) 接近傳感器的比較:電感,電容,光電和超聲波 從...獲得: https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic

來自的傳感器圖像: Digikey.com  

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