利用電感傳感器實現(xiàn)報紙架的自動控制
摘要：“自動報紙架”是作者自行研發(fā)的產(chǎn)品，本文主要闡述利用電感傳感器技術(shù)，結(jié)合模擬電子和數(shù)字電子線路，實現(xiàn)了報紙架的自動控制。
關(guān)鍵詞：電感傳感器；報紙架；自動控制
中圖分類號：TP212.1 文獻標識碼：B
一、前言
隨著社會的發(fā)展，信息技術(shù)的突飛猛進，信息技術(shù)的相關(guān)行業(yè)猶如雨后春筍，迅猛發(fā)展。傳感器技術(shù)也伴隨信息技術(shù)發(fā)展而不斷壯大，它已在工業(yè)自動化、國防、生物工程、交通運輸、等多個領(lǐng)域展現(xiàn)其魅力與風采，它配合電子電路，實現(xiàn)了智能化的自動控制。本文設計的“自動報紙架”可實現(xiàn)自動夾報和自動存取報紙，該裝置主要由機械傳動系統(tǒng)和電路控制系統(tǒng)兩大部分組成，具有存儲七個報紙夾、自動夾報和智能化自動選取報紙夾的功能。
二、電路組成
報紙夾自動存取控制電路主要由電感傳感器、計數(shù)器、編碼器、比較器、譯碼驅(qū)動及數(shù)碼顯示等組成，原理框圖如圖1,電路圖如圖2所示。
1、電感傳感器
電感傳感器是一種非接觸型的檢測器件，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖3，它是由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。高頻振蕩器在傳感器檢測面產(chǎn)生一個交變電磁場，當金屬物體接近傳感器
檢測面時，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩器的振蕩及停振這兩種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號通過整形放大轉(zhuǎn)換成二進制的開關(guān)信號，經(jīng)功率放大后輸出為高、低電平，即當報紙夾接近電感傳感器的檢測面時，傳感器輸出端輸出為高電平（電源電壓24V）；當報紙夾偏離傳感器的檢測面時，電感傳感器輸出為低電平（0V）。
2、控制電路
S1-S7構(gòu)成了按鍵盤，它代表了在報紙倉里七個不同位置的報紙夾，是一位十進制數(shù)，該數(shù)進入編碼器U1（74LS147）編碼成一個四位十六進制數(shù)，從U1的 14 、⑨、⑦、⑥腳輸出，經(jīng)送入反相器U2（74LS04）的反相放大，信號分兩路輸出，一路送入譯碼驅(qū)動電路U3（74LS48），譯碼成數(shù)碼管所能識別的十進制數(shù)并驅(qū)動數(shù)碼管顯示出按鍵盤按下的十進制數(shù)；另一路送給比較器U4（74LS85）作為基準數(shù)據(jù)，與電感傳感器獲取的數(shù)據(jù)進行比較。當報紙夾經(jīng)過電感傳感器時，傳感器產(chǎn)生的脈沖送入計數(shù)器U6（CD4518）進行計數(shù)，并由U6譯成一個四位十六進制數(shù)，分兩路信號輸出，一路送入比較器U4進行數(shù)據(jù)比較，當兩路輸入信號相等時，比較器U4第⑥腳輸出為高電平，經(jīng)R1使Q7飽和導通，J6、J7去控制電機停止工作；另一路信號與電機控制電路J6送來的檢測信號同時進入邏輯控制電路U5（74LS08），進行邏輯條件檢測判斷，當計數(shù)脈沖為7，并且J6動作時，邏輯電路輸出高電平信號，命令清零電路對計數(shù)器進行為時2秒. 具體工作如下：
（1）按鍵盤按下的數(shù)小于“7”，并且計數(shù)器計數(shù)也小于“7”時，例如按鍵盤按下為“5”，經(jīng)編碼DCBA為1010，反相為0101，一路信號送入譯碼驅(qū)動電路進行4-7線譯碼并驅(qū)動共陰數(shù)碼管顯示出“5”；另一路信號進入比較器。此時，電感傳感器檢測出報紙夾的脈沖，經(jīng)計數(shù)器進行計數(shù)也送入比較器，比較器將兩路信號進行比較，當計數(shù)器輸出不等于“5”時，比較器OA=B為低電平，Q1截止J6不吸合，J7吸合，220V電源經(jīng)J7加到電機，電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)；當計數(shù)器輸出的脈沖數(shù)等于“5”時，比較器OA=B為高電平，Q1導通，J6吸合，其常閉觸頭斷開J7，J7不吸合，斷開常開觸頭，電機停轉(zhuǎn)。
（2）按鍵盤與計數(shù)器輸出狀態(tài)同時等于7時，比較器OA=B為高電平， Q1導通，J6吸合，其常閉觸頭斷開J7，J7不吸合，斷開常開觸頭，電機停轉(zhuǎn)。此時，若再按下按鍵盤中除7外的任何鍵，比較器OA=B為低電平，Q1截止，J6不動作，其常閉觸點接通，J7吸合，J7的常開觸點接通電源，電機運轉(zhuǎn)。這時由于計數(shù)器輸出的數(shù)為“7”，U5A①②腳為高電平，第③腳輸出為高電平，U5B④腳為高電平，第⑤腳也為高電平，使⑥腳輸出為高電平， U5C的第⑨腳也為高電平，這時由于J6不吸合，其常開觸點斷開，使U5C的第⑩腳為高電平，因此，U5C的第⑧腳輸出為高電平，Q2導通，J8吸合，其常開的觸點接通，+12V的電源經(jīng)J8向計時清零電路供電，由J1、J2 、Q4、U9（CD4541BE）等組成的清零時電路（圖4）開始工作，J1動作，其常閉觸點斷開，U6開始清零，計時電路計時，當計時達到2秒（調(diào)節(jié)R13可實現(xiàn)）時，U9的第⑧腳輸出為高電平，Q4導通，J2動作，其常閉觸點斷開，切斷計時電路電源，J1、J2復位，計數(shù)器清零結(jié)束，U6重新開始計數(shù)，這時，Q2截止，J8不吸合，計時電路不工作，直到計數(shù)器輸出等于按鍵盤按下的數(shù)時，電機才停止。當按鍵盤與計數(shù)器輸出狀態(tài)同時等于7，并按下按鍵盤除7外的任何一鍵時，計時清零電路重復上述的清零工作。
3、電源電路
電源電路如圖5，它是由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓及交直流供電轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。220V的交流電經(jīng)T1變壓器變壓為12V的交流電壓，由D1-D4組成的橋式整流電路整流，再由C1濾波，將12V的交流電壓變?yōu)榧s15V的直流電壓，加入到轉(zhuǎn)換電路，交直流的轉(zhuǎn)換電路主要由D5、D6、D7、C1、C2及蓄電池BT1組成，當市電（220V）供電時，整流濾波的電壓大于蓄電池的電壓，D5、D6導通，D7截止。整流濾波的電壓一方面為電機控制電路供電，另一方面為蓄電池BT1充電。當市電斷電時，蓄電池12V的直流電源經(jīng)D7、U7（穩(wěn)壓5V）向計數(shù)器供電，維持計數(shù)器的記憶。為了解決交、直流轉(zhuǎn)換過程中會出現(xiàn)瞬間斷電現(xiàn)象，本電路加入C2（100UF），利用電容C2放電時間大于轉(zhuǎn)換斷電時間，保持對計數(shù)器的供電。
三、主要器件選擇與調(diào)試
電感傳感器（LV）采用FESTO公司的SIEN-M30B-PS-K-L電感傳感器，由于該傳感器應用電源為24V，為了該傳感器與計數(shù)器之間更好地配接，在它們中間加入了U12進行穩(wěn)壓，以保護計數(shù)器的安全，若采用電源為5V的電感傳感器，其輸出端可直接接到U6（CD4518BE）的第①腳，省去U12；U1可選用74LS147，它為10-4線優(yōu)先編碼器，本電路只設置為7-4線編譯；U2是一個六反相器，可選用74LS04；U3選擇74LS48，它為4-7段共陰譯碼驅(qū)動電路；U4為四位數(shù)據(jù)比較器，可選用74LS85；U5是一個與門電路，可選74LS08，應用與門電路設計條件檢測器；U6可選用CD4518，它為CMOS45系列產(chǎn)品，十六進制計數(shù)器，本電路設置成脈沖上升沿計數(shù)器；U9選用CD4541BE，它為可編程振蕩、計數(shù)器；U7、U12采用三端穩(wěn)壓集成電路AN7805；U8采用AN7812；U11采用AN7824。上述元器件大多數(shù)為數(shù)字集成電路，在焊接集成塊時最好使用IC插座，以免電烙鐵的靜電將集成電路損壞。在調(diào)試過程中，應先調(diào)電源電路，再調(diào)控制電路，對電源電路一般使用萬用表基本可以達到目的。而對控制電路則采用萬用表與示波器相結(jié)合，先模擬（用鐵模擬報紙夾經(jīng)過）后實際應用，根據(jù)設計電路一步一步地進行驗證，由于本電路可調(diào)元件極小，電路控制效果比較容易實現(xiàn)。
四、結(jié)束語
本電路利用電感傳感器檢測報紙夾的脈沖數(shù)，應用普通的數(shù)字集成電路來實現(xiàn)報紙夾的自動夾報和自動選取等控制。這種設計思路、設計電路經(jīng)過開發(fā)人員進一步改進和完善，還可以應用在其它的自動化領(lǐng)域。
參考文獻：
[1]謝文和著，傳感器及其應用[M]，北京：高等教育出版社，2003。
[2]廣東、北京、廣西中等職業(yè)技術(shù)學校教材委員會組，電子技術(shù)[M]，廣州：廣東高等教育出版社，2000
[3]、最新世界三極管特性代換手冊編譯組，最新世界三極管特性代換手冊[M]，福建：福建科學技術(shù)出版社，2001
Use Inductance Transducer To Achieve The Automatic Controlling Of Newspaper Shelf
Abstract：Automatic newspaper shelf is one of the important items on display in Guangdong Vocational Education Rollout. It is introduced in this paper how to apply inductance transducer to achieve the automatic controlling of newspaper shelf by the way of integrating analog electron and digital electron circuitry.
Keywords: inductance transducer； newspaper shelf；automatic controlling
作者簡介：
鐘柱培：東莞理工學校中學一級教師，研究方向：電子學。
地址：廣東省東莞市城區(qū)東莞理工學校（523000 ）
電話：0769-22269396 0769-22739913
E-mail：zhzhupei@21cn.com
關(guān)鍵詞：電感傳感器；報紙架；自動控制
中圖分類號：TP212.1 文獻標識碼：B
一、前言
隨著社會的發(fā)展，信息技術(shù)的突飛猛進，信息技術(shù)的相關(guān)行業(yè)猶如雨后春筍，迅猛發(fā)展。傳感器技術(shù)也伴隨信息技術(shù)發(fā)展而不斷壯大，它已在工業(yè)自動化、國防、生物工程、交通運輸、等多個領(lǐng)域展現(xiàn)其魅力與風采，它配合電子電路，實現(xiàn)了智能化的自動控制。本文設計的“自動報紙架”可實現(xiàn)自動夾報和自動存取報紙，該裝置主要由機械傳動系統(tǒng)和電路控制系統(tǒng)兩大部分組成，具有存儲七個報紙夾、自動夾報和智能化自動選取報紙夾的功能。
二、電路組成
報紙夾自動存取控制電路主要由電感傳感器、計數(shù)器、編碼器、比較器、譯碼驅(qū)動及數(shù)碼顯示等組成，原理框圖如圖1,電路圖如圖2所示。
1、電感傳感器
電感傳感器是一種非接觸型的檢測器件，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖3，它是由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。高頻振蕩器在傳感器檢測面產(chǎn)生一個交變電磁場，當金屬物體接近傳感器
檢測面時，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩器的振蕩及停振這兩種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號通過整形放大轉(zhuǎn)換成二進制的開關(guān)信號，經(jīng)功率放大后輸出為高、低電平，即當報紙夾接近電感傳感器的檢測面時，傳感器輸出端輸出為高電平（電源電壓24V）；當報紙夾偏離傳感器的檢測面時，電感傳感器輸出為低電平（0V）。
2、控制電路
S1-S7構(gòu)成了按鍵盤，它代表了在報紙倉里七個不同位置的報紙夾，是一位十進制數(shù)，該數(shù)進入編碼器U1（74LS147）編碼成一個四位十六進制數(shù)，從U1的 14 、⑨、⑦、⑥腳輸出，經(jīng)送入反相器U2（74LS04）的反相放大，信號分兩路輸出，一路送入譯碼驅(qū)動電路U3（74LS48），譯碼成數(shù)碼管所能識別的十進制數(shù)并驅(qū)動數(shù)碼管顯示出按鍵盤按下的十進制數(shù)；另一路送給比較器U4（74LS85）作為基準數(shù)據(jù)，與電感傳感器獲取的數(shù)據(jù)進行比較。當報紙夾經(jīng)過電感傳感器時，傳感器產(chǎn)生的脈沖送入計數(shù)器U6（CD4518）進行計數(shù)，并由U6譯成一個四位十六進制數(shù)，分兩路信號輸出，一路送入比較器U4進行數(shù)據(jù)比較，當兩路輸入信號相等時，比較器U4第⑥腳輸出為高電平，經(jīng)R1使Q7飽和導通，J6、J7去控制電機停止工作；另一路信號與電機控制電路J6送來的檢測信號同時進入邏輯控制電路U5（74LS08），進行邏輯條件檢測判斷，當計數(shù)脈沖為7，并且J6動作時，邏輯電路輸出高電平信號，命令清零電路對計數(shù)器進行為時2秒. 具體工作如下：
（1）按鍵盤按下的數(shù)小于“7”，并且計數(shù)器計數(shù)也小于“7”時，例如按鍵盤按下為“5”，經(jīng)編碼DCBA為1010，反相為0101，一路信號送入譯碼驅(qū)動電路進行4-7線譯碼并驅(qū)動共陰數(shù)碼管顯示出“5”；另一路信號進入比較器。此時，電感傳感器檢測出報紙夾的脈沖，經(jīng)計數(shù)器進行計數(shù)也送入比較器，比較器將兩路信號進行比較，當計數(shù)器輸出不等于“5”時，比較器OA=B為低電平，Q1截止J6不吸合，J7吸合，220V電源經(jīng)J7加到電機，電機繼續(xù)運轉(zhuǎn)；當計數(shù)器輸出的脈沖數(shù)等于“5”時，比較器OA=B為高電平，Q1導通，J6吸合，其常閉觸頭斷開J7，J7不吸合，斷開常開觸頭，電機停轉(zhuǎn)。
（2）按鍵盤與計數(shù)器輸出狀態(tài)同時等于7時，比較器OA=B為高電平， Q1導通，J6吸合，其常閉觸頭斷開J7，J7不吸合，斷開常開觸頭，電機停轉(zhuǎn)。此時，若再按下按鍵盤中除7外的任何鍵，比較器OA=B為低電平，Q1截止，J6不動作，其常閉觸點接通，J7吸合，J7的常開觸點接通電源，電機運轉(zhuǎn)。這時由于計數(shù)器輸出的數(shù)為“7”，U5A①②腳為高電平，第③腳輸出為高電平，U5B④腳為高電平，第⑤腳也為高電平，使⑥腳輸出為高電平， U5C的第⑨腳也為高電平，這時由于J6不吸合，其常開觸點斷開，使U5C的第⑩腳為高電平，因此，U5C的第⑧腳輸出為高電平，Q2導通，J8吸合，其常開的觸點接通，+12V的電源經(jīng)J8向計時清零電路供電，由J1、J2 、Q4、U9（CD4541BE）等組成的清零時電路（圖4）開始工作，J1動作，其常閉觸點斷開，U6開始清零，計時電路計時，當計時達到2秒（調(diào)節(jié)R13可實現(xiàn)）時，U9的第⑧腳輸出為高電平，Q4導通，J2動作，其常閉觸點斷開，切斷計時電路電源，J1、J2復位，計數(shù)器清零結(jié)束，U6重新開始計數(shù)，這時，Q2截止，J8不吸合，計時電路不工作，直到計數(shù)器輸出等于按鍵盤按下的數(shù)時，電機才停止。當按鍵盤與計數(shù)器輸出狀態(tài)同時等于7，并按下按鍵盤除7外的任何一鍵時，計時清零電路重復上述的清零工作。
3、電源電路
電源電路如圖5，它是由變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓及交直流供電轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成。220V的交流電經(jīng)T1變壓器變壓為12V的交流電壓，由D1-D4組成的橋式整流電路整流，再由C1濾波，將12V的交流電壓變?yōu)榧s15V的直流電壓，加入到轉(zhuǎn)換電路，交直流的轉(zhuǎn)換電路主要由D5、D6、D7、C1、C2及蓄電池BT1組成，當市電（220V）供電時，整流濾波的電壓大于蓄電池的電壓，D5、D6導通，D7截止。整流濾波的電壓一方面為電機控制電路供電，另一方面為蓄電池BT1充電。當市電斷電時，蓄電池12V的直流電源經(jīng)D7、U7（穩(wěn)壓5V）向計數(shù)器供電，維持計數(shù)器的記憶。為了解決交、直流轉(zhuǎn)換過程中會出現(xiàn)瞬間斷電現(xiàn)象，本電路加入C2（100UF），利用電容C2放電時間大于轉(zhuǎn)換斷電時間，保持對計數(shù)器的供電。
三、主要器件選擇與調(diào)試
電感傳感器（LV）采用FESTO公司的SIEN-M30B-PS-K-L電感傳感器，由于該傳感器應用電源為24V，為了該傳感器與計數(shù)器之間更好地配接，在它們中間加入了U12進行穩(wěn)壓，以保護計數(shù)器的安全，若采用電源為5V的電感傳感器，其輸出端可直接接到U6（CD4518BE）的第①腳，省去U12；U1可選用74LS147，它為10-4線優(yōu)先編碼器，本電路只設置為7-4線編譯；U2是一個六反相器，可選用74LS04；U3選擇74LS48，它為4-7段共陰譯碼驅(qū)動電路；U4為四位數(shù)據(jù)比較器，可選用74LS85；U5是一個與門電路，可選74LS08，應用與門電路設計條件檢測器；U6可選用CD4518，它為CMOS45系列產(chǎn)品，十六進制計數(shù)器，本電路設置成脈沖上升沿計數(shù)器；U9選用CD4541BE，它為可編程振蕩、計數(shù)器；U7、U12采用三端穩(wěn)壓集成電路AN7805；U8采用AN7812；U11采用AN7824。上述元器件大多數(shù)為數(shù)字集成電路，在焊接集成塊時最好使用IC插座，以免電烙鐵的靜電將集成電路損壞。在調(diào)試過程中，應先調(diào)電源電路，再調(diào)控制電路，對電源電路一般使用萬用表基本可以達到目的。而對控制電路則采用萬用表與示波器相結(jié)合，先模擬（用鐵模擬報紙夾經(jīng)過）后實際應用，根據(jù)設計電路一步一步地進行驗證，由于本電路可調(diào)元件極小，電路控制效果比較容易實現(xiàn)。
四、結(jié)束語
本電路利用電感傳感器檢測報紙夾的脈沖數(shù)，應用普通的數(shù)字集成電路來實現(xiàn)報紙夾的自動夾報和自動選取等控制。這種設計思路、設計電路經(jīng)過開發(fā)人員進一步改進和完善，還可以應用在其它的自動化領(lǐng)域。
參考文獻：
[1]謝文和著，傳感器及其應用[M]，北京：高等教育出版社，2003。
[2]廣東、北京、廣西中等職業(yè)技術(shù)學校教材委員會組，電子技術(shù)[M]，廣州：廣東高等教育出版社，2000
[3]、最新世界三極管特性代換手冊編譯組，最新世界三極管特性代換手冊[M]，福建：福建科學技術(shù)出版社，2001
Use Inductance Transducer To Achieve The Automatic Controlling Of Newspaper Shelf
Abstract：Automatic newspaper shelf is one of the important items on display in Guangdong Vocational Education Rollout. It is introduced in this paper how to apply inductance transducer to achieve the automatic controlling of newspaper shelf by the way of integrating analog electron and digital electron circuitry.
Keywords: inductance transducer； newspaper shelf；automatic controlling
作者簡介：
鐘柱培：東莞理工學校中學一級教師，研究方向：電子學。
地址：廣東省東莞市城區(qū)東莞理工學校（523000 ）
電話：0769-22269396 0769-22739913
E-mail：zhzhupei@21cn.com
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