電容式接近開(kāi)關(guān)及其應(yīng)用
1 引 言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)代城市人口的增加、城市范圍的擴(kuò)大，能源緊張問(wèn)題越來(lái)越突出了。特別是水資源，它與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人民的生活息息相關(guān)，由于一些地區(qū)以前無(wú)計(jì)劃性地亂的開(kāi)采，出現(xiàn)了缺水的現(xiàn)象。如何有效地管理和節(jié)約用水是當(dāng)務(wù)之急。本文利用電容式接近開(kāi)關(guān)和其它器件設(shè)計(jì)了一種控制水龍頭開(kāi)與關(guān)的系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有控制靈敏、使用方便、工作壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。
2 電容式接近開(kāi)關(guān)介紹
電容式接近開(kāi)關(guān)屬于一種具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測(cè)量頭通常構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是物體的本身，當(dāng)物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數(shù)ε發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開(kāi)關(guān)的接通和關(guān)斷。被這種接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測(cè)較低介電常數(shù)ε的物體時(shí)，可以順時(shí)針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開(kāi)關(guān)后部）來(lái)增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開(kāi)關(guān)在0.7-0.8Sn（Sn為電容式接近開(kāi)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)距離）的位置動(dòng)作。這里選用的是浙江省洞頭縣光電開(kāi)關(guān)廠生產(chǎn)的CLG型M18×70標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)。它的外型圖與尺寸標(biāo)示圖分別如圖1與圖2所示。
圖1 CLG型M18×70電容式接近開(kāi)關(guān)外型圖
圖2 CLG型M18×70標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)外部尺寸圖
操作參數(shù)如表1所示。
部分常用材料介電常數(shù)如表2所示。
3 系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)過(guò)程
系統(tǒng)組成框圖如圖3所示，從框圖可以看出控制信號(hào)的流程：當(dāng)人或其它物體接近電容式接近開(kāi)關(guān)時(shí)，等效電容的容量值會(huì)發(fā)生變化，從而改變LC振蕩器的振蕩頻率，F(xiàn)/V電路將LC振蕩器輸出的頻率量轉(zhuǎn)化成電壓量后，交給信號(hào)處理電路，該部分將電壓信號(hào)進(jìn)行一系列的處理（包括：放大、整形等）后傳給開(kāi)關(guān)量變換電路，開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換電路實(shí)際上是A/D轉(zhuǎn)換器，它將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，水龍頭控制電路由開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換電路的輸出量控制，它產(chǎn)生控制信號(hào)控制水龍頭的開(kāi)與關(guān)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成當(dāng)人接近水龍頭一定距離時(shí)，水龍頭自動(dòng)開(kāi)啟，離開(kāi)一定距離后水龍頭自動(dòng)關(guān)閉。
圖3 控制系統(tǒng)組成框圖
3．1部分關(guān)鍵電路介紹振蕩電路與F/V變換電路及信號(hào)處理部分
連線圖如圖4所示，由555定時(shí)器組成的振蕩器，它的振蕩頻率為：f=1/0．69*（R1+2*R2）*（C//CT），C就是電容式接近開(kāi)關(guān)的等效電容值，CT為頻率調(diào)節(jié)電容，通過(guò)C的變化從而使振蕩頻率變化，將此種變化傳給F/V電路，引起F/V電路的輸出電壓變化。由鎖相環(huán)CD4046組成的F/V變換電路將頻率值變成電壓值后，經(jīng)精密運(yùn)放OP-07線性放大后輸入到開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器）的輸入端。
圖4 振蕩電路與F/V部分及信號(hào)處理電路連線圖
A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，輸入到水龍頭控制電路的輸入端，由水龍水控制電路控制水龍頭的開(kāi)與關(guān)，這些電路簡(jiǎn)單，這里限于篇幅，不作介紹。
3．2 系統(tǒng)安裝要求
安裝要求示意圖如圖5所示，圖中S1表示檢測(cè)面與支架的間距，要求≥1Sn，S2表示檢測(cè)面與背景的間距，要求≥3Sn，S3表示并列安裝間距，要求≥5Sn，S4表示檢測(cè)面與側(cè)壁的間距，要求≥3Sn。（Sn為電容式接近開(kāi)關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)距離）
圖5 系統(tǒng)安裝尺寸圖
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