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图3.4 电容传感器E2K—X81ME1成品图
电容传感器介绍：用电测法测量非电学量时，首先必须将被测的非电学量转换为电学量而后输入之。通常把非电学量变换成电学量的元件称为变换器；根据不同非电学量的特点设计成的有关转换装置称为传感器，而被测的力学量（如位移、力、速度等）转换成电容变化的传感器称为电容传感器。从能量转换的角度 而言，电容变换器为无源变换器，需要将所测的力学量转换成电压或电流后进行放大和处理。力学量中的线位移、角位移、间隔、距离、厚度、拉伸、压缩、膨胀、变形等无不与长度有着密切联系的量；这些量又都是通过长度或者长度比值进行测量的量，而其测量方法的相互关系也很密切。另外，在有些条件下，这些力学量变化相当缓慢，而且变化范围极小，如果要求测量极小距离或位移时要有较高的分辨率，其他传感器很难做到实现高分辨率要求，在精密测量中所普遍使用的差动变压器传感器的分辨率仅达到1～5 μm数量级；而有一种电容测微仪，他的分辨率为0.01 μm，比前者提高了两个数量级，最大量程为100±5 μm，因此他在精密小位移测量中受到青睐。
对于上述这些力学量，尤其是缓慢变化或微小量的测量，一般来说采用电容式传感器进行检测比较适宜，主要是这类传感器具有以下突出优点：
(1)测量范围大其相对变化率可超过100%；
(2)灵敏度高，如用比率变压器电桥测量，相对变化量可达10-7数量级； (3)动态响应快，因其可动质量小，固有频率高，高频特性既适宜动态测量，也可静态测量；
(4)稳定性好由于电容器极板多为金属材料，极板间衬物多为无机材料，如空气、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高温、低温强磁场、强辐射下长期工作，尤其是解决高温高压环境下的检测难题。
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2.1.3 颜色传感器
此传感器属于具有开关量输出的位置传感器。它是在Si等多数光电二极管之前，分别放置R（红）、G（绿）、B（蓝）三种颜色的彩色滤光器，以便处理各自的输出信号并识别彩色的方法。材料分拣系统采用它主要是用来识别绿色与黄色的材料。本系统共设置了三个检测材料的传感器，同时预留了一个空余的电磁阀与气缸用来添加其它的传感器。用户可以根据自己的需求选择相应的传感器安装即可。
选用TAOS公司生产的，型号为TCS230颜色传感器。此传感器为RGB(红绿蓝) 颜色传感器，可检测目标物体对三基色的反射比率，从而鉴别物体颜色。TCS230传感器引脚如下图所示。
图3.5 TCS230颜色传感器
图3.6 颜色传感器TCS230成品图
RGB 颜色传感器介绍：
TCS230是美国TAOS公司生产的一种可编程彩色光到频率的转换器。该传感器具有分辨率高、可编程的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点；输出为数字量，可直接与微处理器连接。它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上还集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器。TCS230的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其它逻
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辑电路相连接。由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个光电二极管。这些二极管共分为四种类型。其中16个光电二极管带有红色滤波器，16个光电二极管带有绿色滤波器，16个光电二极管带有蓝色滤波器，其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光幅射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。该传感器的典型输出频率范围从2Hz~500kHz，用户还可以通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%的输出比例因子，或电源关断模式。输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。
当入射光投射到TCS230上时，通过光电二极管控制引脚S2、S3的不同组合，可以选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波(占空比是50%)，不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚S0、S1选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。
S0、S1用于选择输出比例因子或电源关断模式；S2、S3用于选择滤波器的类型；OE是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，也可以作为片选信号；OUT是频率输出引脚，GND是芯片的接地引脚，VCC为芯片提供工作电压。表2是S0、S1及S2、S3的可用组合。
表3.3 S0、S1及S2、S3 的组合选项 S0 S1 输出频率定标 S2 S3 滤波器类型 L L 关断电源 L L 红色 H H 20% L H 蓝色 L H 20% H L 无 L H 100% H H 绿色 2.2 限位开关的设计
限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关。这种开关有接触式的和非接触式的。接触式的比较直观，机械设备的运动部件上，安装上行程开关，与其相对运动的固定点上安装极限位置的挡块，或者是相反安装位置。当行程开关的机械触头碰上挡块时，切断了（或改变了）控制电路，机械就停止运行或改变运行。由于机械的惯性运动，这种行程开关有一定的“超行程”以保护开关不受损坏。非接触式的形式很多，常见的有干簧管、光电式、感应式等。
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材料自动化分拣系统中,气缸回位限位开关、气缸动作限位开关都选用D—C73型号的磁感应开关，控制功率高、作用距离大、结构简单、成本低、工作稳定可靠、寿命长。适合用于自动控制系统中，进行自动检测、定位、保护等。 它的技术参数如表3.4所示：
表3.4 限位开关的技术参数 额定电压 额定电流 而震程度 使用温度 DC24V AC110V DC：5~40mA AC: 5~20mA 10~50HZ 0~60摄氏度 2.3 电磁阀的设计
ABS压力调节器的4个常开进油电磁阀的最大起动电流约为3.6 A;4个常闭出油电磁阀最大起动电流约为2.4 A。而L9439的工作电压4.5～32 V，两路通道内阻0.2Ω，最大负载电流3A；另两路内阻0.3Ω，最大负载电流5A，恰好能满足ABS常开和常闭电磁阀的驱动电流要求，而且较低的导通内阻又能保证低功耗，因此L9349非常适合进行ABS电磁阀的驱动控制。电磁阀驱动电路原理图见图3.7。
图3.7 电磁阀驱动电路原理图
在图中，每片L9349能驱动4个电磁阀工作，属于典型的低端驱动。通过Vs端口给芯片提供12V供电电压；当给输入端IN1～IN4 PWM控制信号，就能方便地控制输出端以驱动4路电磁阀工作，OUT1和OUT2端口的最大驱动能力为5A，应该连接ABS的常闭电磁阀；OUT3和OUT4端口最大驱动能力为3A，应连接ABS常开电磁阀，不可接反；EN端口为使能端，能通过MCU快速关闭芯片；L9349的数字地和模拟地分开，提高了驱动模块的抗干扰能力。
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2.4 PLC的选型
根据材料分拣系统的工作过程由可知，系统的控制有输入信号12个，均为开关量。输出信号有5个，其中一个控制电动机，剩下的控制电磁阀，也都是开关量。
根据分拣系统的需要配置出I/O对应功能，如表3.5所示：
表3.5 I/O接线表 输 入 部 分 X010 SFW2 X011 SFW3 X017 SFW4 X013 SFW5 X000 SA X001 SB X002 SC X005 SBW2 X006 SBW3 X007 SBW4 X015 SBW5 X014 SN Y000 Y001 Y003 Y004 Y005 YV2 YV3 YV4 YV5 M 气缸动作限位开关 气缸动作限位开关 气缸动作限位开关 气缸动作限位开关 电感传感器 电容传感器 颜色传感器 气缸回位限位开关 气缸回位限位开关 气缸回位限位开关 气缸回位限位开关 判断下料有无 (下料传感器) 先导式电磁换向阀11 先导式电磁换向阀10 先导式电磁换向阀 9 先导式电磁换向阀13 传送带 输 出 部 分 再根据PLC选型的要求，在实际统计的输入/输出点数的基础上需15%---20% 的备用量，因此选择三菱FX2N—32MR的PLC作为主机，它可以满足本系统的需求，且还有一定的剩余I/O以备将来的扩展。
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