接近开关与金属探测研究
金属作为一种材料，渗透在我们生活的方方面面，起着不可替代的作用。但是有时候它又作为一种垃圾影响着我们的生产和生活。如果我们的非金属生产原料、非金属日用品乃至食品中夹杂 有金属(暂且称为杂质)将会带来烦恼。研究对不应该有金属的物品中进行有效地检测和除杂的-T-段-I-分有意义。
这里从如何除去棉纺织厂的原料——棉花中铁丝头着手．研究接近开关与金属探测以及除杂的方法和
、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 金属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信号。
接近开关是种开关型传感器(即无触 点开关)，它既有限位开关、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。
(一)接近开关工作原理
电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产 生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断 。这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。其工作原理如图1所示。
当被测金属物体远离感应磁罐时，高频振荡电路的高频信号经过整形检波进入信号处理电路．经过信号处理电路 后的信号使开关量输出一种状态(例如：断开)；当被测金属物体接近感应磁罐时，高频振荡电路的振荡能力衰减，高频振荡电路输出相对低频信号经过整形检波进入信号处理电路，经过信号 处理电路后的信号使开关量输出另一种状态(例如：闭合)；这就是接近开关的工作过程，应用接近开关的断开或者闭合从而达到驱动交流或直流电器或给计算机装置提供控制信号。
(二) 接近开关的主要功能
1．检验距离
检测电梯等升降设备的停止和起动以及通过位置、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。
统
二、单片机与接近开关组成金属探测及除杂系接近开关种类繁多。应用领域及其宽泛。这里选取接近开关在棉纺织厂的原棉入口处完成金属探测和除杂的功效。
棉纺织厂将购进的商品棉加工成棉纱或布匹。
商品棉是由铁丝捆绑后出售。在开棉包时不可避免将铁丝混入棉花中，裹在棉花中的铁丝如果不清除将直接损坏棉机而造成棉纺织厂的 经济损失。为此，在混棉的出口加装几只接近开关将裹在棉花中的铁丝探测出来出来．再由控制系统的执行机构将其剔除，这就是所谓除杂。
混棉在漏斗下端的狭长通道中行走，裹在混 棉中的铁丝行走时经过由接近开关检测区域．接近开关就会发出信号，通过机械手将铁丝剔除。这样铁丝就不会流入下道工序损伤机械设备。完成这一功能的系统，我们称之为金属检测除杂 系统。
(一)金属检测及除杂系统硬件设计硬件设计如图3所示。
金属检测系统主要用到接近开关、单片机、光电隔离器、继电器、电磁铁、电铃和灯泡。
其中：接近开关用了四只 ，分布在截面为正方形的狭长通道的四周，并保持在同一水平面，严密监视通过此截面的铁丝。
系统工作原理：
1．正常情况P2．0为低电平一光电隔离器的受光三极管截止一Q1截止 一继电器打开一电磁铁线包、灯泡、电铃均无电流通过。电磁铁没有电流。狭长通道底部封闭，棉花顺利通过。
2．如果棉花中裹有铁丝头，接近开关之一的2脚会产生一个下降沿。引起 INT0中断响应。单片机将P2．0置成高电平一光电隔离器的受光三极管导通一Q1导通一继电器闭合一电磁铁线包、灯泡、电铃均有电流通过。电磁铁有电流，狭长通道底部打开，裹有铁丝的棉 花被排出。经过0．5ms的延时后P2．0恢复低电平，狭长通道底部恢复封闭。
3．由于系统中的执行部件均为感性负载．为了排除干扰，在控制器和执行器之间采用光电隔离，避免了电感 在得电和失电瞬间造成控制紊乱而产生误动作。
(二)程序设计
1．程序流程图
当有金属物通过时。接近开关的输出会产生跳变．在程序设计中利用单片机的INT0检测接近开关的边 沿跳变引起中断，并在中断处理程序中作上”异常情况”标志提供给主程序作为控制的依据。
主程序根据是否有“异常情况”决定是否启动执行机构动作。
本次“异常情况”标志被 主程序使用过后一定要清除，否则狭长通道底部就不能恢复封闭，造成误动作，给生产带来损失。
三、相关说明
单片机具有强大的控制功能，选择合适的传感器就能够组成各种应用 系统。接近开关只是万千传感器中的一种。将单片机和传感器有机结合起来完成检测和控制可以提高产品质量和人们生活品质，其研究前景十分广阔。
由于金属检测及除杂系统兼除杂和 声、光报警功能，它可以被移植到任何需要作金属探测的地方去。例如家庭安防报警、居民小区车辆入口管理以及企事业门禁管理等等。如果加上显示器还能够进行统计管理。
四、结论
金属检测及除杂系统硬件设计合理．程序设计简单，同时能够为工农业生产解决实际问题。在软硬件设计不变的情况下只需要对传感器和执行机构作适当调整就可以组成不同应用系统。
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