Công tắc tiệm cận
Công tắc tiệm cận hoặc cảm biến là công tắc không tiếp xúc có thể phát hiện sự hiện diện của các vật thể gần đó. Những cảm biến này có thể được sử dụng để thông báo cho bộ truyền động tuyến tính di chuyển hoặc dừng lại khi đối tượng ở phía trước cảm biến hoặc khi đối tượng được lấy đi. Chúng cũng có thể được sử dụng để xác định khoảng cách từ các đối tượng gần nhất với chúng và có thể được sử dụng để cung cấp phản hồi để kiểm soát các thiết bị truyền động tuyến tính. Thông thường, bạn sẽ thấy các cảm biến tiệm cận được sử dụng với các thiết bị rảnh tay hoặc không tiếp xúc, chẳng hạn như máy sấy tay không tiếp xúc và cổng đuôi rảnh tay trong SUV, nhưng cũng được sử dụng trong một loạt các ứng dụng công nghiệp. Đối với Thiết bị truyền động tuyến tínhCảm biến tiệm cận có thể được sử dụng trong nhiều tình huống khác nhau, bao gồm điều khiển không tiếp xúc và phản hồi phát hiện đối tượng.
Cảm biến tiệm cận thường phát hiện sự hiện diện của vật thể bằng cách sử dụng trường điện từ, ánh sáng hoặc âm thanh [1]. Phương pháp phát hiện sự hiện diện của vật thể bởi một thiết bị truyền động tuyến tính sẽ phụ thuộc vào loại cảm biến tiệm cận. Có bốn loại cảm biến tiệm cận phổ biến:
- Quy nạp: Sử dụng từ trường để phát hiện vật liệu chứa sắt
- Loại điện dung: Sử dụng thay đổi điện dung để phát hiện đối tượng
- Điện quang: Sử dụng đèn để phát hiện các đối tượng có hay không
- Siêu âm: Sử dụng âm thanh để phát hiện sự hiện diện của đối tượng
Sự lựa chọn của bạn về loại sẽ phụ thuộc vào ứng dụng của bạn và tài liệu bạn muốn phát hiện [1]. Có rất nhiều thông số kỹ thuật khác mà bạn cần xem xét khi chọn cảm biến tiệm cận phù hợp, bao gồm phạm vi phát hiện, thời gian đáp ứng, tần số chuyển đổi, nhiệt độ hoạt động và tín hiệu đầu ra. Để chọn cảm biến tiệm cận phù hợp, bạn cần xem xét nhu cầu ứng dụng, loại cảm biến, các thông số kỹ thuật trên và tham khảo bảng dữ liệu của cảm biến để biết thêm thông tin.
Sự khác biệt giữa cảm biến tiệm cận và cảm biến chuyển động là gì?
Cảm biến tiệm cận không phải là máy dò chuyển động vì chúng phát hiện sự gần gũi của vật thể hơn là chuyển động. Máy dò hành độngNhư tên của chúng ngụ ý, chuyển động cảm giác, không phải sự gần gũi của một vật thể hoặc một người. Về mặt chức năng, cảm biến tiệm cận cho bạn biết vật thể ở gần cảm biến như thế nào, cho dù nó có di chuyển hay không. Và máy dò chuyển động, chỉ kích hoạt khi có chuyển động, cho dù vật thể có gần đến đâu.
Không kiểm soát tiếp xúc
Đối với điều khiển không tiếp xúc, bạn sẽ sử dụng cảm biến tiệm cận giống như một nút đơn giản. Để làm điều này, bạn cần chọn cảm biến tiệm cận có phạm vi phát hiện ngắn hơn để bạn không vô tình kích hoạt công tắc cũng như cảm biến có thể phát hiện tay, chân hoặc bất cứ thứ gì bạn đang cố gắng phát hiện. Cảm biến tiệm cận điện dung là một lựa chọn tốt vì chúng có phạm vi phát hiện ngắn và có thể phát hiện nhiều loại vật liệu khác nhau, nhưng siêu âm và một số cảm biến tiệm cận quang điện cũng có thể hoạt động miễn là chúng có phạm vi phát hiện ngắn. Bạn cần kết nối cảm biến tiệm cận với vi điều khiển, chẳng hạn như ArduinoĐể đọc đầu ra của cảm biến. Cách bạn kết nối cảm biến tiệm cận với vi điều khiển sẽ phụ thuộc vào sự lựa chọn của bạn về cảm biến, nhưng trong hầu hết các trường hợp, vi điều khiển sẽ nhận được giá trị tương tự của chuyển đổi kỹ thuật số hoặc sẽ cần chuyển đổi tín hiệu tương tự thành giá trị kỹ thuật số.
Cảm biến gần nhau sẽ chỉ hoạt động như một nút đẩy đơn trong ứng dụng này, sẽ hạn chế sự kiểm soát của chúng ta đối với thiết bị truyền động tuyến tính. Sử dụng vi điều khiển của chúng tôi, chúng tôi có thể viết mã để thay đổi giữa việc mở rộng và thu lại khi cảm biến được kích hoạt và bằng cách sử dụng các công tắc giới hạn bên trong của thiết bị truyền động tuyến tính để ngăn chặn các thiết bị truyền động khi nó đạt đến vị trí mở rộng hoặc kéo dài. Chúng ta cũng có thể sử dụng phản hồi nội bộ hoặc các công tắc giới hạn bên ngoài cho phép chúng ta sử dụng các vị trí khác hơn là hoàn toàn mở rộng hoặc rút lại, mặc dù chúng ta vẫn sẽ bị giới hạn ở hai vị trí. Để làm điều này trong firmware của vi điều khiển của chúng ta, chúng ta sẽ cần chuyển đổi một biến quốc kỳ mỗi khi cảm biến gần được kích hoạt. Mẫu mã dưới đây hiển thị vòng chính của mã Arduino IDE sử dụng sysorFlag để xác định hướng nào cho dùng thiết bị truyền động tuyến tính{{1}}, được định hướng tài xế xe.
Để bật tắt lá cờ này, chúng ta cần đọc giá trị của cảm biến gần. Như chúng ta không biết khi nào cảm biến sẽ được kích hoạt, chúng ta sẽ cần phải liên tục đọc cảm biến trong vòng chính của mã của chúng ta hoặc chúng ta có thể sử dụng bộ hẹn giờ nội bộ ngắt để đọc cảm biến định kỳ. Sau này được coi là thực hành tốt nhất, đặc biệt nếu bạn muốn sử dụng vi điều khiển của mình để tạo trước các tác vụ song song, vì nó đảm bảo cảm biến của bạn sẽ luôn được đọc trong khoảng thời gian chính xác. Mẫu mã bên dưới, sử dụng Arduino, hiển thị cách thiết lập bộ hẹn giơ ̀ nội bộ gián đoạn được kích hoạt mỗi giây. Với Arduino, đây là một chút phức tạp hơn là gián đoạn bên ngoài và bạn có thể cần phải làm một sô ́ đọc thêm để tìm hiểu cách thiết lập các gián đoạn cho ứng dụng.
SINGAL Function, trong mã phía trên, là các dịch vụ ngắt quãng cho gián đoạn hẹn giờ, chạy mỗi khi các đoạn ngắt được kích hoạt, cập nhật giá trị từ cảm biến gần nhau mỗi giây. Nếu giá trị đọc tư ̀ cảm biến nhỏ hơn giá trị ngưỡng của chúng tôi, chúng tôi xem xét các cảm biến "được ép" và bật tắt cảm biến. Bạn cần phải xác định giá trị ngưỡng này bằng cách kiểm xuất cảm biến của bạn và xác định giá trị đầu ra mà bạn muốn xem là "bị nhấn". Để hạn chế bật bật của sensorFlag chỉ một lần trong khi cảm biến được "ép", có một lá cờ khác không được đặt lại cho đến khi giá trị cảm biến không còn nhỏ hơn giá trị ngưỡng.
Phát hiện chướng ngại vật
Các cảm biến gần nhau cũng có thể được sử dụng để đo lường đối tượng gần nhất ở phía trước của chúng. Điều này có thể đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng với các thiết bị truyền động tuyến tính để phát hiện các chướng ngại vật ở phía trước của thiết bị truyền động và gửi phản hồi trở lại với bộ điều khiển để dừng thiết bị truyền động nếu nó đến quá gần với một đối tượng, như trong video dưới đây. Để sử dụng cảm biến gần đúng theo cách tương tự, bạn sẽ muốn chọn bộ cảm biến gần gũi có phạm vi phát hiện lớn hơn và có thể phát hiện nhiều kiểu tài liệu khác nhau. Cảm biến siêu âm là một lựa chọn tốt cho điều này vì chúng có thể có một lĩnh vực cảm biến rộng, mặc dù bạn sẽ cần phải cẩn thận với những điểm mù của cảm biến.
Thiết lập cảm biến tiệm cận của ứng dụng này rất giống với điều khiển không tiếp xúc. Bạn vẫn sẽ cần phải sử dụng vi điều khiển để đọc đầu ra của cảm biến và bạn cũng sẽ cần phải sử dụng ngắt hẹn giờ bên trong để thường xuyên đọc giá trị của cảm biến. Tuy nhiên, cảm biến bây giờ sẽ được đặt ở phía trước của thiết bị truyền động để phát hiện chướng ngại vật phía trước nó. Đầu ra của cảm biến sẽ liên quan đến khoảng cách đến vật thể gần nhất ở phía trước cảm biến, có nghĩa là chúng ta có thể xác định ngưỡng dựa trên khoảng cách an toàn tối thiểu. Ngưỡng này sẽ thay đổi tùy thuộc vào cảm biến được chọn. Trong ví dụ mã dưới đây, hàm SIGNAL là một thói quen ngắt dịch vụ, được thực hiện mỗi mili giây, đo đầu ra của cảm biến và so sánh nó với ngưỡng. Nếu phép đo nhỏ hơn ngưỡng, cờ cảm biến cờ được đặt thành 1 và được sử dụng trong vòng lặp chính để dừng bộ truyền động tuyến tính. Khi giá trị đo nhỏ hơn ngưỡng, mã sẽ không cho phép bộ truyền động mở rộng thêm nữa cho đến khi giá trị đo lớn hơn ngưỡng và cờ được đặt lại thành 0. Khi Sensor Flag được đặt thành 1, mã này vẫn cho phép bộ truyền động tuyến tính rút lại vì bộ truyền động rút lại vẫn an toàn.
Tài liệu tham khảo
[1] Kinney, T.A. (tháng 9 năm 2001) Cảm biến tiệm cận so sánh: cảm ứng, điện dung, quang điện và siêu âm Truy cập từ: https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic
Hình ảnh cảm biến từ: Digikey.com
