Detectores de proximidad
Los interruptores de proximidad, o sensores, son interruptores sin contacto que pueden detectar la presencia de un objeto en sus proximidades. Estos sensores se pueden usar para decirle a un actuador lineal que se mueva o se detenga cuando un objeto está en frente del sensor o si se quita un objeto. También se pueden usar para determinar qué tan lejos está el objeto más cercano para ellos y se puede usar para proporcionar retroalimentación para controlar el actuador lineal. Comúnmente, verá sensores de proximidad utilizados con dispositivos con manos libres o sin toque, como en secador de mano sin toque y compuertas traseras con manos libres en SUV, pero también se usan en una amplia gama de aplicaciones industriales. Para usar con actuadores lineales, los sensores de proximidad se pueden usar en varias situaciones, incluidos el control sin toque y la retroalimentación de detección de objetos.
Los sensores de proximidad generalmente detectan la presencia de un objeto mediante el uso de campo electromagnético, luz o sonido [1]. El método 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 el campo magnético para detectar material ferroso
- Capacitivo: Utiliza cambios en la capacitancia para detectar un objeto
- Fotoeléctrico: Usa luz para detectar si hay un objeto presente
- Ultrasónico: Usa el sonido para detectar si hay un objeto presente
Su elección de tipo dependerá de su aplicación y de qué material desea detectar [1]. También tendrá una serie de otras especificaciones que deberá considerar al elegir el sensor de proximidad correcto, que incluye el rango de detección, el tiempo de respuesta, la frecuencia de conmutación, la temperatura de funcionamiento y la 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.
¿Cuál es la diferencia entre los sensores de proximidad y los 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 su nombre sugiere, el movimiento detectado en lugar de la cercanía de un objeto o persona. Funcionalmente, un sensor de proximidad podrá decirle qué tan cerca está un objeto para el sensor si el objeto se mueve o no. Mientras que los detectores de movimiento solo se activarán cuando haya movimiento independientemente de cuán cerca esté un objeto.
Control sin toque
Para un control sin contacto, utilizará el sensor de proximidad como un botón simple. 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 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 del sensor, pero en la mayoría de los casos, su microcontrolador recibirá un valor analógico convertido digital o necesitará convertir una señal analógica a un valor digital.
El sensor de proximidad solo actuará como un solo botón Push en esta aplicación, lo que limitará nuestro control sobre el actuador lineal. Utilizando nuestro microcontrolador, podemos escribir el código para alternar entre extender y retraerse cuando el sensor se activa 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 completamente extendidas o retraídas, aunque todavía nos limitaremos a dos posiciones. Para hacer esto en el firmware de nuestro microcontrolador, necesitaremos alternar una variable de indicador cada vez que se active el sensor de proximidad. La muestra de código a continuación muestra el bucle principal de un código IDE Arduino usando el Sensor de bandera para determinar qué dirección Conduzca el actuador lineal, que es impulsado por un conductor de motor.
Para alternar esta bandera, necesitamos leer el valor del sensor de proximidad. Como no sabemos cuándo se activará el sensor, necesitaremos leer constantemente el sensor en el bucle principal de nuestro código o podemos usar interrupciones de temporizador interno para leer el sensor periódicamente. Esta última se considera la mejor práctica, especialmente si desea usar su microcontrolador para preformar tareas paralelas, ya que asegura que su sensor siempre se lea durante el período exacto de tiempo. La muestra de código a continuación, que usa un Arduino, muestra cómo configurar una interrupción del temporizador interno que se active cada segundo. Para el Arduino, esto es un poco más complejo que las interrupciones externas y es posible que deba hacer algunas Lectura adicional Para aprender a 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 umbral, consideramos los sensores "presionados" y alternar el SensorFlag. Deberá determinar este valor umbral de antemano probando su sensor y determinar un valor de salida que desea considerar como "presionado". Para limitar el alternado del SensorFlag solo una vez mientras el sensor está "presionado", hay otra bandera que no se restablece hasta que el valor del sensor ya no sea menor que el valor 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 comentarios 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 pueda detectar varios tipos de materiales. Los sensores ultrasónicos son una buena opción para esto, ya que pueden tener un campo de detección amplia, 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 toque. Todavía deberá leer la salida del sensor utilizando un microcontrolador y nuevamente querrá utilizar una interrupción del temporizador interno para leer los valores del sensor periódicamente. Aunque, 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 umbral que se basa en la distancia mínima segura. Este valor umbral variará según el sensor que se selecciona. En la muestra de código a continuación, la función de señal, que es la rutina de servicio de interrupción, se realiza cada milisegundo y mide la salida de nuestro sensor y la compara con nuestro valor umbral. Si el valor medido es más pequeño que el valor umbral, el Sensor de bandera se establece en 1 y se usa en el bucle principal para detener el actuador lineal. Si bien el valor medido es menor que el valor umbral, el código no permitirá que el actuador se extienda más hasta que el valor de medida sea mayor que el valor umbral y el indicador se restablezca a 0. El código aún permitirá el lineal. Actuador para retraer mientras el SensorFlag se establece en 1, ya que aún es seguro retraer el actuador.
Referencias
[1] Kinney, T. A. (2001, sept) Sensores de proximidad en comparación: inductivo, capacitivo, fotoeléctrico y ultrasónico Recuperado de: https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic
Imágenes del sensor de: Digikey.com
