1 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)代城市人口的增加、城市范圍的擴大，能源緊張問題越來越突出了。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)以前無計劃性地亂的開采，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關(guān)和其它器件設(shè)計了一種控制水龍頭開與關(guān)的系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有控制靈敏、使用方便、工作壽命長的特點。

2 電容式接近開關(guān)介紹

電容式接近開關(guān)屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測量頭通常構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是物體的本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)ε發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。被這種接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測較低介電常數(shù)ε的物體時，可以順時針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開關(guān)后部）來增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開關(guān)在0.7-0.8Sn（Sn為電容式接近開關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)檢測距離）的位置動作。這里選用的是浙江省洞頭縣光電開關(guān)廠生產(chǎn)的CLG型M18×70標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的開關(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電容式接近開關(guān)外型圖

圖2CLG型M18×70標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)開關(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)計過程

系統(tǒng)組成框圖如圖3所示，從框圖可以看出控制信號的流程：當(dāng)人或其它物體接近電容式接近開關(guān)時，等效電容的容量值會發(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，交給信號處理電路，該部分將電壓信號進行一系列的處理（包括：放大、整形等）后傳給開關(guān)量變換電路，開關(guān)量轉(zhuǎn)換電路實際上是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關(guān)量轉(zhuǎn)換電路的輸出量控制，它產(chǎn)生控制信號控制水龍頭的開與關(guān)。本系統(tǒng)設(shè)計成當(dāng)人接近水龍頭一定距離時，水龍頭自動開啟，離開一定距離后水龍頭自動關(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變換電路及信號處理部分

連線圖如圖4所示，由555定時器組成的振蕩器，它的振蕩頻率為：f=1/0．69*（R1+2*R2）*（C//CT），C就是電容式接近開關(guān)的等效電容值，CT為頻率調(diào)節(jié)電容，通過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)精密運放OP-07線性放大后輸入到開關(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部分及信號處理電路連線圖

A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，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與關(guān)，這些電路簡單，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表示檢測面與支架的間距，要求≥1Sn，S2表示檢測面與背景的間距，要求≥3Sn，S3表示并列安裝間距，要求≥5Sn，S4表示檢測面與側(cè)壁的間距，要求≥3Sn。（Sn為電容式接近開關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)檢測距離）

圖5系統(tǒng)安裝尺寸圖

4 結(jié) 束 語

由于本系統(tǒng)可利用電容式接近開關(guān)的感應(yīng)靈敏度可以調(diào)節(jié)的特點，所以可以方便地選人控制水龍頭開與關(guān)的距離。它的實用性、可操作性很強。由于選用的都是優(yōu)質(zhì)器件，它的性能價格比高，并且具有通用性（只要改變被控制對象，再作必要的設(shè)置，就能變?yōu)槠渌墓δ茈娐罚Ｋ罕蛔龀闪水a(chǎn)品，正在批量生產(chǎn)。從目前使用的情況看，效果良好，性能穩(wěn)定。當(dāng)然，由于開發(fā)時間倉促，系統(tǒng)設(shè)計還有不少需要完善的地方。不管怎樣，它被推廣使用的價值很高。