接近开关测试技术

西安理工大学

研究生课程论文

课程名称：现代测试技术

任课教师：卫延斌

论文题目：接近开关控制输纸台

学科：印刷包装技术与设备学号：1108020993

姓名：付晓丹

接近开关控制单张纸输纸台

摘要

本文论述应用传感器中的接近开关传感器，控制电动机，接近开关是传感器开关的一种，接近开关是一种用于工业自动化控制系统中以实现检测、控制并与输出环节全盘无触点化的新型开关元件。本文利用接近开关测量输纸台行程，当输纸台接近传感器开关时发出控制信号，单片机接受信号，启动电动机正转使输纸台上升，实现输纸机构完成输纸，即通过接近开关控制单张纸输纸台的升降，最终实现输纸台的行程控制，提高印刷设备自动化和智能化控制水平。

关键字：传感器；接近开关；单片机；电动机；输纸台

0前言 (4)

1传感器的分类与特性 (4)

一、传感器的定义 (4)

二、传感器的分类 (4)

三、传感器的静态特性 (5)

四、传感器的动态特性 (5)

五、传感器的线性度 (5)

六、传感器的灵敏度 (5)

七、传感器的分辨力 (6)

2接近传感器及其应用 (6)

接近传感器的分类与应用范围 (6)

接近传感器的特性 (7)

3接近开关 (7)

接近开关的主要功能 (7)

4接近开关的工作原理 (8)

接近开关控制系统框图 (9)

控制系统原理图 (10)

0前言

印刷品已经成为人类生存和发展的重要组成部分，在人们的日常生活、工作和学习中占据着越来越重要的位置。因此，印刷也越来越受到人们的关注。传统的印刷设备自动化和智能化控制水平比较低，例如彩色套印也是手工检测，越来越不能满足现代生产和生活高速、高效的需要。为了满足印刷设备自动化智能化要求，越来越多的传感器开关应用在了印刷机控制系统中，本文详细介绍如何利用接近开关测量输纸台行程，通过单片机接受信号，启动电动机正转使输纸台上升完成输纸，最终实现输纸台的行程控制，提高印刷设备自动化和智能化控制水平。

1传感器的分类与特性

一、传感器的定义

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

二、传感器的分类

目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：

1、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。

2、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器。

3、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量(“1”和"0”或“开”和“关”)的开关型传感器;输出为模拟型传感器;输出为脉冲或代码的数字型传感器。

关于传感器的分类：

1.按被测物理量分：如：力，压力，位移，温度，角度传感器等;

2.按照传感器的工作原理分：如：应变式传感器、压电式传感器、压阻

式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等;

3.按照传感器转换能量的方式分：

(1)能量转换型：如：压电式、热电偶、光电式传感器等;

(2)能量控制型：如：电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、

光敏电阻、湿敏电阻等。

4.按照传感器工作机理分：

(1)结构型：如：电感式、电容式传感器等;

(2)物性型：如：压电式、光电式、各种半导体式传感器等。

5.按照传感器输出信号的形式分：

(1)模拟式：传感器输出为模拟电压量;

(2)数字式：传感器输出为数字量，如：编码器式传感器。

三、传感器的静态特性

传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。

四、传感器的动态特性

所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

五、传感器的线性度

通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。

六、传感器的灵敏度

灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。当传感器的输出、输入

量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。

七、传感器的分辨力

分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。

2接近传感器及其应用

接近传感器是种开关型传感器（即无触点开关），它代替限位开关等接触式检测方式，以无需接触检测对象进行检测为目的的传感器的总称。能将检测对象的移动信息和存在信息转换为电气信号，在转换为电气信号的检测方式中，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕捉检测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利用磁石和引导开关的方式。

接近传感器既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。产品有电感式、电容式、霍尔式、交、直流型。

接近传感器这一新技术改变了传统的机械限位开关（滚筒、按钮搭配可调机械固体停止器），增加了智能、加固、高精度设备，可以感测更多种类的对象，在需要时甚至可以构成传感器网络。新技术改变了机械限位开关（滚筒、按钮搭配可调整机械固体停止器），增加了智能、加固、高精度设备，可以感测更多种类的对象，在需要时甚至可以构成传感器网络。最近，由Reed Research Group 进行的一项在线调查表明，接近传感器正广泛地使用于各种类领域。

接近传感器的分类与应用范围

接近传感器是一种具有感知物体接近能力的器件。它利用位移传感器对所接近物体具有的敏感特性达到识别物体接近并输出开关信号的目的。根据其探知物体原理的不同，其分为：电感式接近传感器，电容式接近传感器，磁性传感器，霍尔开关及其他接近传感器。

接近传感器被广泛应用于金融工商、自助银行、ATM监控人体接近报警、电力保安，各种机械、机床制造制造业及航空工业、汽车工业、船舶交通运输、建筑、地等各行各业,作限位、定位检测、自动计数、测速、自动保护、工业生产自动流水线及微机信号,数控装置等应用。

接近传感器的特性

① 由于能以非接触方式进行检测，所以不会磨损和损伤检测对象物。

② 由于采用无接点输出方式，因此寿命延长 (磁力式除外)采用半导体输出，对接点的寿命无影响。

③ 与光检测方式不同,适合在水和油等环境下使用。检测时几乎不受检测对象的污渍和油、水等的影响。此外,还包括特氟龙外壳型及耐药品良好的产品。

④ 与接触式开关相比，可实现高速响应。

⑤ 能对应广泛的温度范围，有些传感器能在-40℃和在+200℃的环境下使用。

⑥ 不受检测物体颜色的影响对检测对象的物理性质变化进行检测，所以几乎不受表面颜色等的影响。

⑦ 与接触式不同，会受周围温度的影响、周围物体、同类传感器的影响。包括感应型、静电容量型在内，传感器之间相互影响。因此，对于传感器的设置，需要考虑相互干扰。

3接近开关

接近开关是一种毋需与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动交流或直流电器或给计算机装置提供控制指令。接近开关是种开关型传感器（即无无触点开关），它即有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。产品有电感式、电容式、霍尔式、交、直流型。

接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节。接近开关具有使用寿命长、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强等特点。因此到目前为止，接近开关的应用范围日益广泛，其自身的发展和创新的速度也是极其迅速。

接近开关的主要功能

（1）检验距离

检测电梯、升降设备的停止、起动、通过位置；检测车辆的位置，防止两物体相撞检测；检测工作机械的设定位置，移动机器或部件的极限位置；检测回转体的停止位置，阀门的开或关位置；检测气缸或液压缸内的活塞移动位置。

（2）尺寸控制

金属板冲剪的尺寸控制装置；自动选择、鉴别金属件长度；检测自动装卸时堆物高度；检测物品的长、宽、高和体积。

（3）检测物体存在有否检测生产包装线上有无产品包装箱；检测有无产品零件。（4）转速与速度控制

控制传送带的速度；控制旋转机械的转速；与各种脉冲发生器一起控制转速和转数。

（5）计数及控制

检测生产线上流过的产品数；高速旋转轴或盘的转数计量；零部件计数。

（6）检测异常

检测瓶盖有无；产品合格与不合格判断；检测包装盒内的金属制品缺乏与否；区分金属与非金属零件；产品有无标牌检测；起重机危险区报警；安全扶梯自动启停。

（7）计量控制

产品或零件的自动计量；检测计量器、仪表的指针范围而控制数或流量；检测浮标控制测面高度，流量；检测不锈钢桶中的铁浮标；仪表量程上限或下限的控制；流量控制，水平面控制。

（8）识别对象

根据载体上的码识别是与非。

（9）信息传送

ASI（总线）连接设备上各个位置上的传感器在生产线（50-100米）中的数据往返传送等。

4接近开关的工作原理

这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。

接近开关控制系统框图

杭法传感器接近开关JWK:LJ12A3

技术参数

?类型：电容式接近开关

?反应频率：200Hz/25Hz

?额定电压：DC24 AC220（V）

?额定电流：15m（A）

?检测距离：2、4（mm）

?产品认证：CCC

工作方式有如下三种：

第一，如果要直接接单片机，你必须保证接近开关5V可以工作，能输出开关电平。

第二，如果5V不能工作，可以通过光耦传输，光电耦合器optocouplers给单片机的I/O口

第三，只是给单片机提供一个电平信号，至于你如果需要把这个信号做成复杂的控制，那必须编写程序。当然了，只要接到单片机里面，肯定是要程序的。

·直流 NPN型那么NPN的B极在常态下为0V，IB=0截止状态，常开PNP管，B=0，一般三极管处于饱和也就是导通，所以讲常闭。

下图为连接电路：

控制系统原理图

程序代码

//接近开关外部中断

#include

#define uint unsigned int

sbit motor=P2^4; //电动机

sbit fengm=P0^0//报警

sbit key0=P3^2;//外中断0

sbit key1=P3^3;

void delay (uint xms)

{

uint i,j;

for(i=xms;i>0;i--)

for(j=115;j>0;j--);

}

void main()

{

EA=1;//总中断打开

EX0=1;

EX1=1;// 允许外中断1

IT0=0;//外部中断0，沿触发，下降有效

IT1=0;

}

void EX_int0() interrupt 0

{

fengm=0; //响铃

motor=0；//启动电机

}