利用电感传感器实现报纸架的自动控制

摘要：“自动报纸架”是作者自行研发的产品，本文主要阐述利用电感传感器技术，结合模拟电子和数字电子线路，实现了报纸架的自动控制。
关键词：电感传感器；报纸架；自动控制
中图分类号：TP212.1 文献标识码：B

一、前言

随着社会的发展，信息技术的突飞猛进，信息技术的相关行业犹如雨后春笋，迅猛发展。传感器技术也伴随信息技术发展而不断壮大，它已在工业自动化、国防、生物工程、交通运输、等多个领域展现其魅力与风采，它配合电子电路，实现了智能化的自动控制。本文设计的“自动报纸架”可实现自动夹报和自动存取报纸，该装置主要由机械传动系统和电路控制系统两大部分组成，具有存储七个报纸夹、自动夹报和智能化自动选取报纸夹的功能。



二、电路组成

报纸夹自动存取控制电路主要由电感传感器、计数器、编码器、比较器、译码驱动及数码显示等组成，原理框图如图1,电路图如图2所示。

1、电感传感器

电感传感器是一种非接触型的检测器件，其内部的结构框图如图3，它是由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。高频振荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器

检测面时，金属中产生的涡流吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以至停振。振荡器的振荡及停振这两种状态，转换为电信号通过整形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出为高、低电平，即当报纸夹接近电感传感器的检测面时，传感器输出端输出为高电平（电源电压24V）；当报纸夹偏离传感器的检测面时，电感传感器输出为低电平（0V）。

2、控制电路

S1-S7构成了按键盘，它代表了在报纸仓里七个不同位置的报纸夹，是一位十进制数，该数进入编码器U1（74LS147）编码成一个四位十六进制数，从U1的 14 、⑨、⑦、⑥脚输出，经送入反相器U2（74LS04）的反相放大，信号分两路输出，一路送入译码驱动电路U3（74LS48），译码成数码管所能识别的十进制数并驱动数码管显示出按键盘按下的十进制数；另一路送给比较器U4（74LS85）作为基准数据，与电感传感器获取的数据进行比较。当报纸夹经过电感传感器时，传感器产生的脉冲送入计数器U6（CD4518）进行计数，并由U6译成一个四位十六进制数，分两路信号输出，一路送入比较器U4进行数据比较，当两路输入信号相等时，比较器U4第⑥脚输出为高电平，经R1使Q7饱和导通，J6、J7去控制电机停止工作；另一路信号与电机控制电路J6送来的检测信号同时进入逻辑控制电路U5（74LS08），进行逻辑条件检测判断，当计数脉冲为7，并且J6动作时，逻辑电路输出高电平信号，命令清零电路对计数器进行为时2秒. 具体工作如下：

（1）按键盘按下的数小于“7”，并且计数器计数也小于“7”时，例如按键盘按下为“5”，经编码DCBA为1010，反相为0101，一路信号送入译码驱动电路进行4-7线译码并驱动共阴数码管显示出“5”；另一路信号进入比较器。此时，电感传感器检测出报纸夹的脉冲，经计数器进行计数也送入比较器，比较器将两路信号进行比较，当计数器输出不等于“5”时，比较器OA=B为低电平，Q1截止J6不吸合，J7吸合，220V电源经J7加到电机，电机继续运转；当计数器输出的脉冲数等于“5”时，比较器OA=B为高电平，Q1导通，J6吸合，其常闭触头断开J7，J7不吸合，断开常开触头，电机停转。

（2）按键盘与计数器输出状态同时等于7时，比较器OA=B为高电平， Q1导通，J6吸合，其常闭触头断开J7，J7不吸合，断开常开触头，电机停转。此时，若再按下按键盘中除7外的任何键，比较器OA=B为低电平，Q1截止，J6不动作，其常闭触点接通，J7吸合，J7的常开触点接通电源，电机运转。这时由于计数器输出的数为“7”，U5A①②脚为高电平，第③脚输出为高电平，U5B④脚为高电平，第⑤脚也为高电平，使⑥脚输出为高电平， U5C的第⑨脚也为高电平，这时由于J6不吸合，其常开触点断开，使U5C的第⑩脚为高电平，因此，U5C的第⑧脚输出为高电平，Q2导通，J8吸合，其常开的触点接通，+12V的电源经J8向计时清零电路供电，由J1、J2 、Q4、U9（CD4541BE）等组成的清零时电路（图4）开始工作，J1动作，其常闭触点断开，U6开始清零，计时电路计时，当计时达到2秒（调节R13可实现）时，U9的第⑧脚输出为高电平，Q4导通，J2动作，其常闭触点断开，切断计时电路电源，J1、J2复位，计数器清零结束，U6重新开始计数，这时，Q2截止，J8不吸合，计时电路不工作，直到计数器输出等于按键盘按下的数时，电机才停止。当按键盘与计数器输出状态同时等于7，并按下按键盘除7外的任何一键时，计时清零电路重复上述的清零工作。

3、电源电路

电源电路如图5，它是由变压、整流、滤波、稳压及交直流供电转换电路等构成。220V的交流电经T1变压器变压为12V的交流电压，由D1-D4组成的桥式整流电路整流，再由C1滤波，将12V的交流电压变为约15V的直流电压，加入到转换电路，交直流的转换电路主要由D5、D6、D7、C1、C2及蓄电池BT1组成，当市电（220V）供电时，整流滤波的电压大于蓄电池的电压，D5、D6导通，D7截止。整流滤波的电压一方面为电机控制电路供电，另一方面为蓄电池BT1充电。当市电断电时，蓄电池12V的直流电源经D7、U7（稳压5V）向计数器供电，维持计数器的记忆。为了解决交、直流转换过程中会出现瞬间断电现象，本电路加入C2（100UF），利用电容C2放电时间大于转换断电时间，保持对计数器的供电。



三、主要器件选择与调试

电感传感器（LV）采用FESTO公司的SIEN-M30B-PS-K-L电感传感器，由于该传感器应用电源为24V，为了该传感器与计数器之间更好地配接，在它们中间加入了U12进行稳压，以保护计数器的安全，若采用电源为5V的电感传感器，其输出端可直接接到U6（CD4518BE）的第①脚，省去U12；U1可选用74LS147，它为10-4线优先编码器，本电路只设置为7-4线编译；U2是一个六反相器，可选用74LS04；U3选择74LS48，它为4-7段共阴译码驱动电路；U4为四位数据比较器，可选用74LS85；U5是一个与门电路，可选74LS08，应用与门电路设计条件检测器；U6可选用CD4518，它为CMOS45系列产品，十六进制计数器，本电路设置成脉冲上升沿计数器；U9选用CD4541BE，它为可编程振荡、计数器；U7、U12采用三端稳压集成电路AN7805；U8采用AN7812；U11采用AN7824。上述元器件大多数为数字集成电路，在焊接集成块时最好使用IC插座，以免电烙铁的静电将集成电路损坏。在调试过程中，应先调电源电路，再调控制电路，对电源电路一般使用万用表基本可以达到目的。而对控制电路则采用万用表与示波器相结合，先模拟（用铁模拟报纸夹经过）后实际应用，根据设计电路一步一步地进行验证，由于本电路可调元件极小，电路控制效果比较容易实现。



四、结束语

本电路利用电感传感器检测报纸夹的脉冲数，应用普通的数字集成电路来实现报纸夹的自动夹报和自动选取等控制。这种设计思路、设计电路经过开发人员进一步改进和完善，还可以应用在其它的自动化领域。





参考文献：

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[2]广东、北京、广西中等职业技术学校教材委员会组，电子技术[M]，广州：广东高等教育出版社，2000
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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



作者简介：

钟柱培：东莞理工学校中学一级教师，研究方向：电子学。
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