지능형 시스템 개발에 중요한 역할을 한 장치는 센서입니다. 운전시 주변 환경에 대해 자동차가 제공하는 모든 정보를 생각해 보십시오. 그 대부분은 온보드 센서에서 비롯됩니다. 근접 센서 는 물리적 접촉 없이 물체를 감지할 수 있기 때문에 이러한 응용 분야에 고유하게 이상적입니다. 이 장치는 다른 여러 제어 및 산업 응용 분야에도 적합하므로 매우 편리합니다.
우리는 자세히 보고 회로 기판에 그것을 디자인 하는 방법을 보여줄 것 이다.
목차
근접 센서란 무엇입니까?
근접 센서는 어떻게 작동합니까?
근접 센서 유형
근접 센서 기능
적합한 근접 센서를 선택하는 방법?
근접 센서 회로: 근접 센서를 만드는 방법
근접 센서 아두이노 프로젝트
근접 센서 애플리케이션
요약
근접 센서란 무엇입니까?
근접 센서는 움직이는 물체나 고정물체를 무접촉 감지할 수 있는 장치입니다. 그런 다음 해당 정보를 전기 신호로 변환합니다.
근접 센서
근원: 위키미디어 공용.
센서는 물리적 접촉이 필요하지 않으므로 섬세하거나 불안정한 물체로 작업하는 데 이상적입니다. 또한, 자기 유형을 제외한 최소한의 마모로 인해 수명이 길다.
근접 센서는 어떻게 작동합니까?
초음파 및 적외선 근접 센서의 작동 원리는 반사 된 신호를 전송 및 감지 / 수신하여 작동하기 때문에 간단합니다.
레고 마인드스톰 NXT 초음파 센서
근원: 위키미디어 공용.
따라서, 우리는 다르게 작동하는 다른 세 가지를 볼 것이다.
유도 근접 센서 작동 원리
이 장치는 전도성 표면의 외부 자기장에 의해 생성된 에디 전류로 인한 자기 손실을 감지합니다. 검출 코일은 AC 전자기장을 생성하며 금속 물체가 가까이 올 때마다 에디 전류로 인해 임피던스가 변경됩니다. 이러한 변경 사항은 센서의 입력을 형성합니다.
센서와 오브젝트는 변압기와 같은 관계를 형성합니다. 그러나 올메탈 센서, 펄스 반응 센서 및 알루미늄 감지 센서와 같은 이 작업 원리에는 변화가 있습니다.
정전 용량 근접 센서 작동 원리
정전 용량 센서는 센서와 감지 물체 간의 정전 용량 변화를 검사하며, 이 값은 물체 크기와 물체의 거리에 따라 달라집니다. 일반적으로 이 장치는 두 개의 병렬 플레이트를 특징으로 하며, 그 중 하나는 감지 표면이고 다른 하나는 감지 중인 물체입니다. 두 플레이트 간의 정전 용량의 변화는 센서의 입력을 형성합니다.
자기 근접 센서 작동 원리
리드 스위치는 자기 센서를 켜거나 끄면 제어합니다.
리드 스위치
근접 센서 유형
근접 센서는 다음을 포함하는 다섯 가지 주요 유형에서 사용할 수 있습니다.
유도 근접 센서
이름에서 알 수 있듯이, 이러한 센서는 유도 법칙을 사용하여 작동하여 금속 물체가 도착하면 코일과 발진기를 구동합니다. 슈미트 트리거, 코일, 발진기 및 출력 스위칭 회로의 네 가지 구성 요소가 포함되어 있으며 설정은 금속 물체만 감지합니다. 이 장치는 차폐 및 차폐되지 않은 두 가지 버전으로 제공됩니다.
정전 용량 근접 센서
유도 센서와 달리 정전 용량 센서는 정전 용량의 변화를 확인하기 때문에 금속 또는 비금속 물체를 감지합니다. 또한 코일을 충전 플레이트 2개, 발진기와 연결된 내부 플레이트 및 감지를 위한 외부 플레이트로 대체합니다.
초음파 근접 센서
초음파 센서는 고주파 초음파 범위를 방출한 다음 에코를 감지하여 물체를 감지합니다. 따라서 초음파 송신기 및 수신기로 구성되며 액체, 고체 또는 세분화 된 형태로 물체를 감지 할 수 있습니다.
초음파 센서 모듈
IR 근접 센서
적외선 센서는 적외선을 방출한 다음 광 센서/검출기를 사용하여 반사를 감지하여 작동합니다. 또한, 위치에 민감한 장치(PSD)의 광학 스팟을 결정하는 내장 신호 처리 장치를 갖추고 있습니다.
적외선 근접 센서
근원: 위키미디어 공용.
자기 근접 센서
이름에서 알 수 있듯이 자기 근접 센서는 자기 물체를 감지합니다. 일반적으로 갈대 스위치는 포함되어 있지만 가변 거부감, 자기 저항, 유도성 또는 홀 효과 원칙을 사용하여 작동할 수 있습니다.
근접 센서 기능
비접촉식 감지
광범위한 응용 분야에 적합
긴 수명
고속 응답률
표면 조건(물체의 색상, 주변 온도 등)의 영향을 받지 않음)
넓은 온도 범위에서 사용할 수 있습니다.
투 와이어 센서
적합한 근접 센서를 선택하는 방법?
근접 센서를 찾고 있을 때 는 다음 기준에서 의도된 목적을 세분화한 것으로 고려해야 합니다.
근접 센서 회로: 근접 센서를 만드는 방법
근접 센서의 다섯 가지 유형이 있지만, 우리는 더 작고, 더 저렴하고, 부드러운 물체에 대한 거리를 측정 할 수 있기 때문에 IR 회로를 볼 것입니다. 다음 구성 요소가 필요합니다.
적외선 LED
적외선 포토다이오드
레드 LED
IC LM358 op-amp
사전 설정 (전위요미터)
220 옴 저항기 2개
10k 옴 저항기 1개
전원 공급 장치(5-6V)
적외선 근접 센서 회로 다이어그램
회로에는 서로 평행한 두 개의 LED가 있습니다. 하나는 송신기로 작동하는 IR 방출 LED이고, 다른 하나는 포토다이오드(receiver)이다. 전방에 장애물이 발생하면 방출된 IR 광선이 반사되고 포토다이오드가 가로채게 됩니다.
일단 가로채면 포토다이오드의 저항이 감소하여 전기 신호를 생성합니다. 이 신호는 R1을 통과하는 전압이며 op-amp의 비 반전 끝으로 공급됩니다.
op-amp의 목적은 반전 핀과 반전 핀에서 들어오는 전위오계의 임계값 전압 입력의 입력을 비교하는 것입니다. 반전 핀의 입력 전압이 비반전 핀보다 높으면 op-amp 출력이 낮습니다. 그렇지 않으면 높으며 센서가 물체를 감지할 때입니다.
Op-Amp 출력
op-amp의 또 다른 기능은 회로의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 것입니다. 디지털 출력 신호는 높거나 낮으며 이를 로봇 모터의 입력으로 사용하여 명확한 경로를 따라 탐색할 수 있습니다.
그러나 외부 마이크로 컨트롤러를 거치지 않는 한 유용하지는 않지만 회로에서 아날로그 출력을 얻을 수도 있습니다. 이 연결은 op-amp에 대한 필요성을 제거하지만 마이크로 컨트롤러는 동일한 기능(아날로그에서 디지털 신호 변환)을 수행합니다.
주변 빛과 햇빛은 어떻습니까?
위의 회로에는 한 가지 주요 결함이 있습니다. 햇빛과 주변 광은 신뢰성에 영향을 미치므로 어두운 환경에서만 정확하게 감지됩니다. 해결책은 다른 광 주파수를 피하기 위해 특정 적외선 주파수를 방출하고 감지하는 회로를 구축하는 것입니다.
적외선 근접 센서 회로 다이어그램은 햇빛과 주변 광에 면역이 됩니다.
보시다시피 회로에는 각각 다른 집적 회로가 있는 두 개의 주요 섹션이 있습니다. LM567은 기본 부분이며, 그 목적은 적외선을 전송하고 받는 것입니다.
그러나, R3 및 C2가 내부 발진기 주파수를 결정하기 때문에 회로는 보다 구체적인 IR 방출을 가지게 한다. 이 주파수는 칩의 중심 주파수를 설정하여 pin8에서 일정한 고가를 생성합니다. 그런 다음 T1 및 R2로 구성된 전류 제어 단계를 통해 IR 다이오드 D1(LD274)에 이 주파수를 공급합니다.
한편 pin3(입력)은 BP104 IR 수신기(D2)의 칩 중심 주파수와 동일한 주파수를 수신합니다.
시스템이 물체에 접근하면 D1에서 전송되는 IR 빔이 반사되고 D2가 주파수를 선택하여 pin3로 지시합니다. 이 주파수는 IC의 세트 센터 주파수와 일치하기 때문에 칩은 이를 인식하고 pin8에서 낮은 수준으로 출력을 전환합니다.
단일 안정으로 구성된 두 번째 칩(LM555)은 pin2를 통해 낮은 트리거를 받은 다음 출력을 높게 전환한 다음 부저를 들립니다.
이 조건은 IR 주파수 빔이 반사되는 한 지속됩니다. 그러나 LM555 칩은 장애물을 벗어난 후 버저를 끄면 지연될 수 있습니다. C5 및 R9을 사용하여 이 지연을 조정할 수 있습니다.
고독 567 톤 디코더 또는 두 개의 LM555 집적 회로를 사용하여 다른 변형을 구축할 수 있지만 회로는 유사한 작업을 가지고 있습니다.
근접 센서 아두이노 프로젝트
우리는 위의 적외선 센서를 보았기 때문에 이번에는 다른 것을 시도 할 것입니다. 사용자 지정 보드를 처음부터 구축하는 대신 기성 용 센서를 사용한 다음 프로젝트에 Arduino와 통합할 수 있습니다. 유도 근접 센서 스위치 감지기를 개발하는 방법은 다음과 같습니다.
유도 센서
아두이노와 유도 근접 센서를 상호 연결:
다음 구성 요소가 필요합니다.
아두이노 우노 R3
아두이노 이데
유도 근접 센서 DC 3선 모델(LJ12A3-4-Z/BY)
9V 배터리
베어 리드가 있는 배터리 클립
타이 포인트 브레드보드 400개
남성용 남성 용 점퍼 와이어
10k 저항기 2개
회로
브레드보드의 저항기와 연결합니다. 아두이노 우노 R3의 입력 전압을 9V에서 4.5V로 줄이는 것이 목적입니다.
아두이노와 유도 근접센서를 인터페이스하는 방법
유도 근접 센서 아두이노 코드
유도 센서를 설정한 후 Arduino IDE를 열고 다음 코드를 업로드합니다.
아두이노 코드는 센서가 화면에서 물체를 감지하는지 여부를 표시하기 위한 코드입니다.
Arduino는 센서의 출력을 0.5초마다 읽으며, 장애물이 있는 경우 물체가 가까이 있고 높지 않을 때는 낮어야 합니다. 그러나 이 센서는 금속 물체만 감지하고 출력은 초당 “물체 없음” 또는 “물체 감지”가 됩니다.
프로젝트에 적합한 항목에 따라 센서를 다른 4가지 센서 유형중 로 교체할 수 있습니다.
근접 센서 애플리케이션
근접 센서용 응용 분야에는 다음이 포함됩니다.
표준 객체 위치 감지
두 개의 초음파 센서가 있는 로봇
근원: 위키미디어 공용.
운송, 물류 및 공급망
레벨 감지
공정 제어
농업
품질 보증 및 검사
식품 가공
요약
요약하자면 근접 센서는 여러 응용 분야에서 유용하기 때문에 진화하는 기술 세계에서 중요한 장치입니다. 그 중 핵심은 운전자 지원 데이터를 제공하는 자동차 산업입니다. 또한 자율 주행 차량 개발에도 중요합니다.
프로젝트에 대한 장치가 필요한 경우 설계에 문의하면 합리적인 가격으로 PCB를 조립합니다.
