مفاتيح القرب
مفاتيح القرب ، أو أجهزة الاستشعار ، هي مفاتيح غير اتصال يمكنها اكتشاف وجود كائن في المنطقة المجاورة. يمكن استخدام هذه المستشعرات لإخبار مشغل خطي بالتحرك أو التوقف عندما يكون الكائن موضعًا أمام المستشعر أو إذا تم أخذ كائن. يمكن أيضًا استخدامها لتحديد المدى الأقرب للكائن لهم ويمكن استخدامها لتوفير ملاحظات للتحكم في المشغل الخطي. عادة ، سترى أجهزة استشعار القرب المستخدمة مع أجهزة خالية من اليدين أو لا تلمسها ، مثل مجفف اليدين بلا لمس ودهشات تعمل بالطاقة الخالية من اليدين في سيارات الدفع الرباعي ، ولكنها تستخدم أيضًا في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية. للاستعمال مع المحركات الخطية، يمكن استخدام أجهزة استشعار القرب في مواقف مختلفة بما في ذلك التحكم بلا لمس وملاحظات الكشف عن الكائنات.
تكتشف أجهزة استشعار القرب عمومًا وجود كائن باستخدام إما المجال الكهرومغناطيسي أو الضوء أو الصوت [1]. تعتمد الطريقة التي يكتشف بها المشغل الخطي ما إذا كان الكائن موجودًا على نوع مستشعر القرب. هناك أربعة أنواع شائعة من أجهزة استشعار القرب:
- استقرائية: يستخدم المجال المغناطيسي للكشف عن المواد الحديدية
- تسعية: يستخدم التغييرات في السعة للكشف عن كائن
- كهرضوئي: يستخدم الضوء لاكتشاف ما إذا كان الكائن موجودًا
- الموجات فوق الصوتية: يستخدم الصوت لاكتشاف ما إذا كان كائن موجود
يعتمد اختيارك في النوع على تطبيقك وما المواد التي تريد اكتشافها [1]. سيكون لديك أيضًا مجموعة من المواصفات الأخرى التي ستحتاج إلى مراعاتها عند اختيار مستشعر القرب المناسب ، والذي يتضمن نطاق الكشف ، ووقت الاستجابة ، وتردد التبديل ، ودرجة حرارة التشغيل ، وإشارة الخرج. لاختيار مستشعر القرب المناسب ، ستحتاج إلى مراعاة احتياجات التطبيق الخاصة بك ونوع المستشعر والمواصفات المذكورة أعلاه واستشارة ورقة بيانات المستشعر للحصول على معلومات إضافية.
ما الفرق بين أجهزة استشعار القرب وكاشفات الحركة؟
أجهزة استشعار القرب ليست أجهزة الكشف عن الحركة لأنها تكتشف قرب كائن بدلاً من الحركة. أجهزة الكشف عن الحركة، كما يوحي اسمهم ، حركة المعنى بدلاً من قرب كائن أو شخص. من الناحية الوظيفية ، سيتمكن مستشعر القرب من إخبارك بمدى قرب كائن ما من المستشعر سواء كان الكائن يتحرك أم لا. على الرغم من أن أجهزة الكشف عن الحركة ، لن تؤدي إلا إلى ظهور حركة بغض النظر عن مدى قرب الكائن.
السيطرة بلا لمس
للتحكم بلا اتصال ، ستستخدم مستشعر القرب مثل زر الضغط البسيط. للقيام بذلك ، ستحتاج إلى اختيار مستشعر القرب الذي يحتوي على نطاق اكتشاف أقصر ، لذلك لا تثير المفتاح بطريق الخطأ ، ومستشعر يكتشف يدك أو قدمك أو أي شيء تحاول اكتشافه. هناك خيار جيد لذلك هو مستشعر القرب بالسعة حيث أن لديها نطاق اكتشاف قصير ويمكنه اكتشاف مجموعة واسعة من المواد ، ولكن بالموجات فوق الصوتية وبعض أجهزة استشعار القرب الكهروضوئية ستعمل أيضًا طالما أن لديها نطاق اكتشاف أقصر [1]. ستحتاج إلى توصيل مستشعر القرب بمسيح متحكم ، مثل أردوينو، لقراءة ناتج المستشعر. تعتمد كيفية توصيل مستشعر القرب الخاص بك بمجمع متحكم الخاص بك على اختيارك للمستشعر ، ولكن في معظم الحالات ، سيتلقى متحكمك إما قيمة تمثيلية رقمية محولة أو ستحتاج إلى تحويل إشارة تمثيلية إلى قيمة رقمية.
سيتصرف مستشعر القرب فقط مثل زر ضغط واحد في هذا التطبيق ، والذي سيحد من سيطرتنا على المشغل الخطي. باستخدام Microcontroller الخاص بنا ، يمكننا كتابة رمز للتبديل بين التمديد والتراجع عندما يتم تشغيل المستشعر وباستخدام مفاتيح الحد الداخلي للمشغل الخطي لإيقاف المشغل عندما يصل إما إلى الموضع الممتد أو التراجع بالكامل. يمكننا أيضًا الاستفادة من التعليقات الداخلية أو مفاتيح الحد الخارجي والتي من شأنها أن تتيح لنا استخدام المواقف الأخرى بدلاً من تمديدها أو تراجعها بالكامل ، على الرغم من أننا سنظل مقصورة على وضعين. للقيام بذلك في البرامج الثابتة من متحكم الخاص بنا ، سنحتاج إلى تبديل متغير العلم في كل مرة يتم فيها تشغيل مستشعر القرب. تعرض عينة الكود أدناه الحلقة الرئيسية لرمز IDE Arduino باستخدام مستشعر العلم لتحديد الاتجاه إلى قيادة المشغل الخطي، الذي يقوده أ سائق دراجه ناريه.
لتبديل هذا العلم ، نحتاج إلى قراءة قيمة مستشعر القرب. نظرًا لأننا لا نعرف متى سيتم تشغيل المستشعر ، فسوف نحتاج إما إلى قراءة المستشعر باستمرار في الحلقة الرئيسية للرمز الخاص بنا أو يمكننا الاستفادة من المقاطعات الداخلية الموقت لقراءة المستشعر بشكل دوري. يعتبر هذا الأخير أفضل الممارسات ، خاصة إذا كنت ترغب في استخدام متحكم الخاص بك لتشكيل المهام الموازية ، حيث يضمن قراءة مستشعرك دائمًا خلال الفترة الزمنية المحددة. توضح عينة الكود أدناه ، والتي باستخدام Arduino ، كيفية إعداد مقاطعة مؤقت داخلي يتم تشغيله كل ثانية. بالنسبة إلى Arduino ، هذا أكثر تعقيدًا قليلاً من المقاطعات الخارجية وقد تحتاج إلى القيام ببعض قراءة إضافية لمعرفة كيفية إعداد المقاطعة لتطبيقك.
وظيفة Singal ، في الكود أعلاه ، هي روتين خدمة المقاطعة لمقاطعة المؤقت ، الذي يتم تشغيله في كل مرة يتم فيها تشغيل المقاطعة ، يقوم بتحديث القيمة من مستشعر القرب كل ثانية. إذا كانت القيمة القراءة من المستشعر أصغر من قيمة العتبة الخاصة بنا ، فنحن نعتبر المستشعرات "مضغوطة" وتبديل المستشعر. ستحتاج إلى تحديد قيمة العتبة هذه مسبقًا عن طريق اختبار مستشعرك وتحديد قيمة الإخراج التي تريد اعتبارها "مضغوطة". للحد من تبديل المستشعر إلى مرة واحدة فقط أثناء "الضغط" على المستشعر ، هناك علامة أخرى لا يتم إعادة تعيينها حتى لا تكون قيمة المستشعر أصغر من قيمة العتبة.
اكتشاف العقبات
يمكن أيضًا استخدام أجهزة استشعار القرب لقياس مدى قرب أقرب كائن أمامها. يمكن أن يكون هذا مفيدًا بشكل خاص في التطبيقات التي تحتوي على مشغلات خطية للكشف عن العقبات أمام المشغل وإرسال التعليقات مرة أخرى إلى وحدة التحكم لإيقاف المشغل إذا كان قريبة جدًا من كائن ، كما هو الحال في الفيديو أدناه. لاستخدام مستشعر القرب بطريقة مماثلة ، ستحتاج إلى اختيار مستشعر القرب الذي يحتوي على نطاق اكتشاف أكبر وقادر على اكتشاف أنواع مختلفة من المواد. تعتبر أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية خيارًا جيدًا لهذا الغرض لأنها يمكن أن يكون لها مجال استشعار واسع ، على الرغم من أنك ستحتاج إلى توخي الحذر من البقع العمياء للمستشعر.
يشبه إعداد مستشعر القرب لهذا التطبيق إلى حد كبير التحكم بلا لمس. ستظل بحاجة إلى قراءة إخراج المستشعر باستخدام متحكم الدقيق وستريد مرة أخرى الاستفادة من مقاطعة مؤقت داخلي لقراءة القيم من المستشعر بشكل دوري. على الرغم من أن المستشعر سيتم وضعه الآن أمام المشغل للكشف عن العقبات التي أمامه. سيكون المخرج من المستشعر مرتبطًا بمسافة أقرب كائن أمام المستشعر ، مما يعني أنه يمكننا تحديد قيمة عتبة تستند إلى الحد الأدنى للمسافة الآمنة. ستختلف قيمة العتبة هذه بناءً على المستشعر المحدد. في عينة الكود أدناه ، يتم تشكيل وظيفة الإشارة ، وهي روتين خدمة المقاطعة ، في كل ميلي ثانية وتقيس إخراج مستشعرنا وتقارنها بقيمة عتبةنا. إذا كانت القيمة المقاسة أصغر من قيمة العتبة ، يتم تعيين مستشعر العلم على 1 ويتم استخدامه في الحلقة الرئيسية لإيقاف المشغل الخطي. على الرغم من أن القيمة المقاسة أصغر من قيمة العتبة ، فإن الكود لن يسمح بتمديد المشغل أيًا آخر حتى تكون قيمة المقياس أكبر من قيمة العتبة ويتم إعادة تعيين العلامة إلى 0. وسيظل الرمز يسمح بالخطية المحرك للتراجع أثناء ضبط المستشعر على 1 لأنه لا يزال آمنًا لتراجع المشغل.
مراجع
[1] كيني ، ت. أ. (2001 ، سبتمبر) أجهزة استشعار القرب مقارنة: الاستقرائي ، والسعة ، الكهروضوئية ، والموجات فوق الصوتية استردادها من: https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic
صور المستشعر من: digikey.com
