專利名稱：遠距離接近傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感器，特別是一種高靈敏度、小體積、長作用距離、可于惡劣環境下工作的接近傳感器。
在日常生活與生產中，大量運用接近傳感器，以探測物體位置，觸發相應動作。目前，接近傳感器主要有兩種實現方式1．利用金屬物體在高頻電場中的渦流效應，使高頻振蕩電路的振蕩頻率變化或停振，來實現金屬物體的接近檢測。該方式探測距離較短，一般為2mm-20mm，如果需要加大探測距離，需要加大體積，給安裝使用帶來不便。2．利用物體對探測光線的反射，通過光敏器件的受光檢測物體接近距離。該方式受環境影響大，灰塵、雨水、雪花、強光等都會影響其工作。
為克服上述不足，本實用新型的目的在提供一種遠距離接近傳感器。它可以在風、雨、雪等惡劣環境下工作，且作用距離長(大于等于200mm)，體積小，定位精確，傳感靈敏，可根據環境溫度及地球磁場自動校正，并抗磨損、抗撞壓，能夠長期可靠地動作。它適用于各種需要非接觸地確定物體相對位置的場合，尤其適用汽車壓線傳感、長工作行程接近開關。
本實用新型的目的是通過下述技術方案來實現的

圖1為本實用新型的方框圖，如圖1所示。本實用新型由中央處理器3與外接電路組成，外接電路由電源1、接口2、模數變換器4、溫度傳感5、磁傳感器6組成。中央處理器3包括單片機U2、晶振X2、電容C1、C2，其輸入、輸出端與外接電路相連，它的作用是運行內部的程序，實現接近傳感器的各項功能。外接電路包含電源1、接口2、模數變換器4、溫度傳感5、磁傳感器6。電源1包含有插座J1、電容C5、C6、穩壓塊T1、精密電壓基準U4，其輸入端與輸入插座相連，輸出端與其他電路相連，其將外部輸入的不穩定的直流電源穩壓后供給各個電路。接口2包含有三極管T2、發光管D1、電阻R7、RS485收發器U5，其輸入、輸出分別與中央處理器3、電源1、輸入插頭相連，其作用是顯示與傳輸接近傳感器檢測結果，并負責收發中央處理器3與上位機的通訊數據。模數變換器4包含有模數轉換芯片U1、晶振X1、電容C3、C4，其輸入與電源1、磁傳感器6、中央處理器3相連，輸出與中央處理器3相連，它把磁傳感器送來的模擬信號變換為數字信號。溫度傳感5包含有溫度傳感芯片U6，其輸入、輸出與中央處理器3相連，其作用是采集周圍環境的溫度。磁傳感器6包含有磁阻傳感器U3、三極管Q1、Q2、電容C11、C12、C13，其輸出與模數變換器4相連，輸入與中央處理器3、電源1相連，其作用是采集磁通量。
由于本實用新型采用了非接觸全密封高靈敏磁傳感器、單片機控制、溫度補償、精簡指令(RISC)、非易失EEPROM存儲等技術，使本實用新型具有傳感靈敏、作用距離長，體積小、抗磨損、抗撞壓、可在惡劣環境下可靠工作的優點。
以下將通過具體實施例對本實用新型作進一步的詳細描述圖1為本實用新型的方框圖；圖2為本實用新型的工作狀態示意圖；圖3為本實用新型的電路原理圖；圖4為本實用新型的程序框圖。
下面分幾個方面描述本實用新型工作過程(1)上電初始化，外接不穩定電源由插頭J1加入，經電容C5、C6濾波，穩壓塊T1穩壓后，變換成+5V的工作電源，同時精密電壓基準提供+2.5V的基準電壓。RISC(精簡指令集)單片機U2得電后，運行固化在其FLASH(閃速)存儲器中的程序，首先自U2內部的電可擦除存儲器EEPROM中取出運行參數，包含本地地球磁場磁通量、動作閥值、響應磁場極性、輸出形式(鎖存、脈沖)等，把這些數據轉存在U2內的隨機存儲器RAM中。其次通過U2的17腳輸出脈沖，經三極管Q1、Q2，電容C11、C12、C13變換為磁傳感器U3所需的復位脈沖，對U3進行復位。然后啟動高分辨率16位模數轉換器U1對磁傳感器輸出的模擬電壓進行A/D轉換。經過多次測量取平均值后，作為當前磁場磁通量基準。(2)工作循環，首先啟動溫度傳感器U6把周圍環境的溫度變換為數字量，U1根據當前溫度值查內部的溫度補償表，得到不同溫度下的溫度補償系數，然后啟動模數轉換器U1對磁傳感器輸出的模擬電壓進行A/D轉換，得到當前磁場的磁通量，根據溫度補償系數及本地地磁數據對基準磁通量及當前磁通量進行補償修正，接著判斷(當前磁通-基準磁通)的絕對值是否大于動作閥值，執行相應操作。最后判別是否收到上位機的指令，如果有指令則進行指令規定的操作。然后重新開始采集環境溫度，上述過程就完成一個工作循環。(3)(當前磁通-基準磁通)的絕對值小于動作閥值，傳感器沒有動作輸出，U2的18腳輸出低電平、19腳輸出高電平。發光管D1熄滅，三極管T2開路。(4)(當前磁通-基準磁通)的絕對值大于動作閥值，傳感器動作輸出，U2的18腳輸出高電平(或脈沖)、19腳輸出低電平。發光管D1點亮，三極管T2根據參數設定導通一定時間(輸出脈沖)或持續導通。(5)收到上位機指令，上位機送來的RS485信號經收發器U5變換后輸入到單片機U2的串行輸入口2腳，U2對輸入的數據進行CRC校驗正確后，分析指令，如果是查詢狀態指令，就把傳感器的各個運行參數、當前溫度、當前磁通量等數據附加CRC校驗后通過串行輸出口3腳，再由收發器U5變換成抗干擾、利于遠距離傳輸的RS485信號送給上位機。如果收到調整參數指令，則根據收到的數據調整運行參數，并把新參數保存再非易失存儲器EEPROM中，用于丟電后重新初始化。(6)受到強干擾，致使程序跑飛(死機)。單片機U2內部帶有看門狗電路，程序正常運行(循環)時，定時給看門狗電路復位，看門狗電路不會輸出復位信號，一旦程序跑飛，看門狗電路收不到復位信號溢出，馬上送出復位信號，強制單片機復位重新初始化。(7)受到強磁場干擾，致使磁阻傳感器被磁化失去測量精度。單片機U2如果采集到的磁通量數據超過某一極限值，即自動判別為受到強磁干擾，同時在17腳輸出復位脈沖重新校準磁阻傳感器。(8)處于不同方向的磁場內，磁阻傳感器U3的1、4腳可根據磁場方向輸出正負差動值，模數變換器U1輸出值分別處于中間值的上端或下端，再經過單片機U2取絕對值計算，即可判別不同方向的磁場，再根據參數設定的動作磁場方向確定傳感器是否動作。
本實用新型采用的磁阻傳感器有很寬的磁場范圍(±6高斯)、很高的靈敏度(85微高斯、地球磁場為0.5高斯)，很小的體積。采用的模數轉換器具有16位的高分辨率。采用的單片機基于精簡指令RISC，指令周期時間為100ns(10MHZ)。采用的溫度傳感器測溫范圍大(-55℃---+125℃)，分辨率高(0.25℃)。使得本實用新型靈敏度高，探測距離長(大于等于200mm)，定位精確、體積小，對環境適應性強，可以在雨、雪、塵等惡劣環境下工作。
本實用新型的磁場探測原理還可用于磁場的測量。可廣泛應用于汽車道路駕駛考試、市政建設、環境保護等有關項目的測定。
權利要求1．一種遠距離接近傳感器，其特征在于它是由中央處理器與外接電路組成，中央處理器包含有單片機，外接電路包含有電源、模數轉換器、溫度傳感器、磁傳感器及接口。
2．根據權利要求1所述的遠距離接近傳感器，其特征是包含有磁傳感器U3，以探測接近物體的發出的磁場，實現位置判別。
3．根據權利要求1所述的遠距離接近傳感器，其特征是中央處理器包含由單片機U2，以U2各端口與外接電路連接，以數字比較方式實現磁場判別。
4．根據權利要求1所述的遠距離接近傳感器，其特征是外接電路包含有溫度傳感器U6，以采集環境溫度，補償溫度引起的探測誤差。
5．根據權利要求1所述的遠距離接近傳感器，其特征是外接電路包含有模數轉換器U1，以轉換模擬量到數字量。
6．根據權利要求1所述的遠距離接近傳感器，其特征是磁傳感器U3外接由三極管Q1、Q2，電容C11-C14，電阻R1-R3組成的復位電路。
7．根據權利要求1所述的遠距離接近傳感器，其特征是接口包含有RS485收發器U5，可遠距離地與上位機通訊。
8．根據權利要求1所述的遠距離接近傳感器，其特征是接口包含有三極管T2，以集電極開路方式輸出傳感信號。
9．根據權利要求1所述的遠距離接近傳感器，其特征是傳感器的靈敏度等運行參數可以由通訊接口傳遞數據實時調整。
10．根據權利要求1所述的遠距離接近傳感器，其特征是單片機U2以非易失存儲器保存運行參數。
11．根據權利要求1所述的遠距離接近傳感器，其特征是單片機U2以非易失存儲器中保存的本地地球磁場數據來消除地磁引起的偏差。
專利摘要本實用新型涉及一種遠距離接近傳感器,它是由中央處理器與外接電路組成,中央處理器包含有單片機,外接電路包含有電源、模數轉換器、溫度傳感器、磁傳感器及接口。上電初始化后,中央處理器取得動作閥值與磁通量基準,當磁性材料接近時,磁傳感器測得當前磁通量,由數模轉換后送給中央處理器,經溫度及地磁補償后,與基準磁通量比較,超過動作閥值,傳感器動作,并通過接口輸出。本傳感器具有靈敏度高、體積小、作用距離長的優點。
文檔編號G01D5/12GK2423566SQ0023737
公開日2001年3月14日 申請日期2000年6月8日 優先權日2000年6月8日
發明者宋立昌, 王明杰 申請人:宋立昌, 王明杰