利用電感傳感器實現報紙架的自動控制

摘要：“自動報紙架”是作者自行研發的產品，本文主要闡述利用電感傳感器技術，結合模擬電子和數字電子線路，實現了報紙架的自動控制。
關鍵詞：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

隨著社會的發展，信息技術的突飛猛進，信息技術的相關行業猶如雨后春筍，迅猛發展。傳感器技術也伴隨信息技術發展而不斷壯大，它已在工業自動化、國防、生物工程、交通運輸、等多個領域展現其魅力與風采，它配合電子電路，實現了智能化的自動控制。本文設計的“自動報紙架”可實現自動夾報和自動存取報紙，該裝置主要由機械傳動系統和電路控制系統兩大部分組成，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、計數器、編碼器、比較器、譯碼驅動及數碼顯示等組成，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，其內部的結構框圖如圖3，它是由高頻振蕩、檢波、放大、觸發及輸出電路等組成。高頻振蕩器在傳感器檢測面產生一個交變電磁場，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，轉換為電信號通過整形放大轉換成二進制的開關信號，經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，該數進入編碼器U1（74LS147）編碼成一個四位十六進制數，從U1的 14 、⑨、⑦、⑥腳輸出，經送入反相器U2（74LS04）的反相放大，信號分兩路輸出，一路送入譯碼驅動電路U3（74LS48），譯碼成數碼管所能識別的十進制數并驅動數碼管顯示出按鍵盤按下的十進制數；另一路送給比較器U4（74LS85）作為基準數據，與電感傳感器獲取的數據進行比較。當報紙夾經過電感傳感器時，傳感器產生的脈沖送入計數器U6（CD4518）進行計數，并由U6譯成一個四位十六進制數，分兩路信號輸出，一路送入比較器U4進行數據比較，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器進行為時2秒. 具體工作如下：

（1）按鍵盤按下的數小于“7”，并且計數器計數也小于“7”時，例如按鍵盤按下為“5”，經編碼DCBA為1010，反相為0101，一路信號送入譯碼驅動電路進行4-7線譯碼并驅動共陰數碼管顯示出“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，經計數器進行計數也送入比較器，比較器將兩路信號進行比較，當計數器輸出不等于“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J7加到電機，電機繼續運轉；當計數器輸出的脈沖數等于“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。

（2）按鍵盤與計數器輸出狀態同時等于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。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。這時由于計數器輸出的數為“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（調節R13可實現）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，計數器清零結束，U6重新開始計數，這時，Q2截止，J8不吸合，計時電路不工作，直到計數器輸出等于按鍵盤按下的數時，電機才停止。當按鍵盤與計數器輸出狀態同時等于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、穩壓及交直流供電轉換電路等構成。220V的交流電經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的交流電壓變為約15V的直流電壓，加入到轉換電路，交直流的轉換電路主要由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D7、U7（穩壓5V）向計數器供電，維持計數器的記憶。為了解決交、直流轉換過程中會出現瞬間斷電現象，本電路加入C2（100UF），利用電容C2放電時間大于轉換斷電時間，保持對計數器的供電。



三、主要器件選擇與調試

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器之間更好地配接，在它們中間加入了U12進行穩壓，以保護計數器的安全，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段共陰譯碼驅動電路；U4為四位數據比較器，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系列產品，十六進制計數器，本電路設置成脈沖上升沿計數器；U9選用CD4541BE，它為可編程振蕩、計數器；U7、U12采用三端穩壓集成電路AN7805；U8采用AN7812；U11采用AN7824。上述元器件大多數為數字集成電路，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。在調試過程中，應先調電源電路，再調控制電路，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合，先模擬（用鐵模擬報紙夾經過）后實際應用，根據設計電路一步一步地進行驗證，由于本電路可調元件極小，電路控制效果比較容易實現。



四、結束語

本電路利用電感傳感器檢測報紙夾的脈沖數，應用普通的數字集成電路來實現報紙夾的自動夾報和自動選取等控制。這種設計思路、設計電路經過開發人員進一步改進和完善，還可以應用在其它的自動化領域。





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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



作者簡介：

鐘柱培：東莞理工學校中學一級教師，研究方向：電子學。
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