CN111796339B - 一种智能传感器的设计方法、智能设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业自动化生产领域，特别是涉及一种智能传感器的设计方法，包括电源接口、控制模块、发光二极管和光敏器件，光敏器件包括环形光敏材料条和至少5个引脚，引脚均匀分布在环形光敏材料条上，环形光敏材料条材质均匀，环形光敏材料条各处宽度均匀，任意两相邻引脚之间的环形光敏材料条的长度相等；电源接口与控制模块之间具有电性连接。智能设备本发明具有前述的一种智能传感器的设计方法设计的智能传感器，结构简单，成本低廉、没有漏洞、安全性高、性价比高，可靠性好的有益效果，本发明提供了一种新的技术思路。

Description

一种智能传感器的设计方法、智能设备
技术领域
本发明涉及工业自动化生产领域，特别是涉及一种智能传感器的设计方法、智能设备。
背景技术
红外对射是检测指定范围内是否出现遮挡的传感方式，具有广大的应用范围，比如人生安全保护、动物闯入感应、物品防盗保护、机械动作传感、转速测算。
比如在现代化工厂里，人与机器协同工作，在一些具有潜在危险的机械设备上，如冲压机械、剪切设备、金属切削设备、自动化装配线、自动化焊接线、机械传送搬运设备、危险区域(有毒、高压、高温等)，容易造成作业人员的人身伤害。现有技术中通过安装光电安全保护装置，光电安全装置通过发射红外线，产生保护光幕，当光幕被遮挡时，安全保护装置发出遮光信号，控制具有潜在危险的机械设备停止工作，避免发生安全事故。可以有效地避免安全事故的发生，避免操作工人及第三方的危险，减少事故综合成本，有利于公司自身、操作工人及社会。
现有技术存在以下缺点：1、现有技术中安全保护装置成本高，安全保护装置由光电发射器和光电接收器以及连接在它们之间的信号电缆和控制电缆组成，需要组成光幕时，必须采用多对光电发射器和光电接收器，形成有缝隙的光幕，工程师设计是为了形成光幕需要对多对光电发射器和光电接收器的配合进行设计，费时费力，设计麻烦，调试费力。
2、信号传输电缆易受强电磁环境干扰致，使设备扫描时发生序错误，且电缆长度受限、保护距离短。
3、现有技术中安全保护装置两相邻的光电发射元件之间存在缝隙，若遮挡物足够小，且位于两光栅条的间隙区，不能检测到遮挡物的存在，存在改进空间。
4、现有技术中安全保护装置不能实时自检，若在设备使用过程中突然失效，无法实时发现问题，可能导致检测失效或人生安全事故，存在改进空间。
5、现有技术存在检测不到的缝隙，手可能绕过对射红外线，进入危险区域，影响安全，存在改进空间。
发明内容
1.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种智能传感器的设计方法，基于测试系统，测试系统包括包括电源接口、控制模块、发光二极管和光敏器件；
光敏器件包括环形光敏材料条和至少5个引脚，引脚均匀分布在环形光敏材料条上，环形光敏材料条材质均匀，环形光敏材料条各处宽度均匀，任意两相邻引脚之间的环形光敏材料条的长度相等，引脚依次命名为A(i)，其中i为从0开始逐渐递增的整数；
电源接口与控制模块之间具有电性连接；
控制模块与发光二极管之间具有电性连接；
控制模块与光敏器件之间具有电性连接；
光敏器件能够接收到发光二极管发出的光，发光二极管发出的光会导致光敏器件的电阻分布状态变化；
控制模块具有数学计算电路；
控制模块具有双向采样操作，双向采样操作的参数为i的数值，双向采样操作的流程如下：
步骤a0、将编号等于(i+y-1)％y的引脚的别名设为引脚B0，将编号等于(i+y+2)％y的引脚的别名设为引脚B1，将编号等于(i+y)％y的引脚的别名设为引脚D0，将编号等于(i+y+1)％y的引脚的别名设为引脚D1，其中y为引脚的数量；
步骤a1、将电源接口正极与引脚B0导通，将电源接口负极与引脚B1导通；
步骤a2、利用AD采样技术采集引脚D0处的电压值，并将引脚D0处的电压值保存到变量H0；
步骤a3、将电源接口正极与引脚B1导通，将电源接口负极与引脚B0导通；
步骤a4、利用AD采样技术采集引脚D1处的电压值，并将引脚D0处的电压值保存到变量H1；
步骤a5、调用控制模块数学计算电路，进行如下数学公式的运算：DT＝|H0-H1|；
步骤a6、将计算得到的DT值作为双向采样操作的返回值返回给调用者；
控制模块具有遮断测试操作：遮断测试操作用于判断光敏器件是否异常以及判断光敏器件是否被遮断；
遮断测试操作的流程具体如下：
步骤b0、将i的值设置为零；
步骤b1、关闭发光二极管；
步骤b2、执行双向采样操作流程，参数为i的值，将双向采样操作流程返回值赋值给变量NT；
步骤b3、判断NT的值是否在误差允许范围内，若NT的值小于允许的误差阈值，则符合测试要求，则执行步骤b4；若NT的值大于等于允许的误差阈值，则返回测试结论为‘异常’，遮断测试操作结束；
步骤b4、点亮发光二极管；
步骤b5、进行双向采样操作，参数为i的值，将双向采样操作流程返回值赋值给变量NT；
步骤b6、判断NT的值是否在误差允许范围内，若NT的值小于允许的误差阈值，则执行步骤b7；若NT的值大于等于允许的误差阈值，则将遮断测试结论返回‘被遮断’，遮断测试操作结束；
步骤b7、将i的数值加1；
步骤b8、判断i是否等于y，若i＝y，则将遮断测试操作结论返回‘正常’；若i<y，则进入步骤b1；
控制模块具有如下主流程：
步骤e1、调用遮断测试操作流程；
步骤e2、判断遮断测试操作流程的测试结论返回值：若测试结论返回值为被遮断，则对外输出代表‘被遮断’的信号，循环调用流程结束；若测试结论返回值为正常，则循环调用流程结束；若测试结论返回值为异常，则对外输出代表‘异常’的信号，循环调用流程结束。
进一步的，对外输出代表‘异常’的信号的方式为通过声音报警模块发出提示的声音。
进一步的，对外输出代表‘被遮断’的信号的方式为通过点亮指示灯来提醒调用者。
进一步的，发光二极管发出的光为红外光。
进一步的，光敏器件引脚数量为16个。
进一步的，电源的输入电压为5V。
进一步的，智能设备，采用前述的一种智能传感器的设计方法所设计的传感器作为安全控制，当操作人员的手放置在传感器感应范围内时，设备不会进行可能导致人体受损的动作。
2.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
一、提供了一种新的技术思路。
二、本发明结构简单，成本低廉。
三、本发明形成的对射是完全连续的没有缝隙，能够全面覆盖，没有漏洞，无论摘挡物位于哪个位置，其体积大小，本发明都可以精确的检测出来，所以本发明的检测效果比现有技术更优越。
四、本发明的智能传感器能够实时自检，能够及时的发现自身是否处于正常工作状态，避免了失效导致的损失，所以本发明的安全性更高。
五、本发明的智能传感器，提升环形光敏电阻RJ引脚数量，可以轻易的增加精度，所以本发明提升精度时成本增加很小，性价比高。
六、本发明的信号传输电缆少且短，不易受到干扰，所以本发明的可靠性更好。
综上所述，本发明具有结构简单，成本低廉、没有漏洞、安全性高、性价比高，可靠性好的有益效果，本发明提供了一种新的技术思路。
附图说明
图1本发明的框架图；
图2本发明的环形光敏电阻RJ和LED灯结构示意图；
图3是图2的截面图示意图；
图4是环形光敏电阻RJ的等效电路；
图5是双向采样操作的流程图；
图6是遮断测试操作的流程图；
图7是主流程的流程图；
图8是本发明的电路图。
附图标号说明：第一号电容C1；第二号电容C2；第三号电容C3；第一号电阻R19；第二号电阻R21；第三号电阻R23；控制模块CM；三极管Q2；发光二极管LED；蜂鸣器LS1；光敏器件RJ；第一号晶振X1。
具体实施方式
如图1-8所示，一种智能传感器的设计方法，包括电源接口、控制模块CM、发光二极管Led和光敏器件RJ；控制模块包括单片机，光敏器件RJ为环形光敏电阻。
单片机的第九脚与第一号电容的第一脚相连，第一号晶振的第二脚与第一号电容的第一脚相连，单片机的第一十脚与第二号电容的第一脚相连，第一号晶振的第一脚与第二号电容的第一脚相连，蜂鸣器的第二脚与三极管的第一脚相连，第一号电阻的第一脚与三极管的第一脚相连，第三号电容的第一脚与第二号电阻的第二脚相连，单片机的第一脚与第二号电阻的第二脚相连，环形光敏电阻的第零脚与电气节点A(0)相连，单片机的第二脚与电气节点A(0)相连，环形光敏电阻的第一脚与电气节点A(1)相连，单片机的第三脚与电气节点A(1)相连，环形光敏电阻的第三脚与电气节点A(3)相连，单片机的第五脚与电气节点A(3)相连，环形光敏电阻的第四脚与电气节点A(4)相连，单片机的第七脚与电气节点A(4)相连，环形光敏电阻的第五脚与电气节点A(5)相连，单片机的第二十一脚与电气节点A(5)相连，环形光敏电阻的第六脚与电气节点A(6)相连，单片机的第二十二脚与电气节点A(6)相连，环形光敏电阻的第八脚与电气节点A(8)相连，单片机的第二十四脚与电气节点A(8)相连，环形光敏电阻的第七脚与电气节点A(7)相连，单片机的第二十三脚与电气节点A(7)相连，环形光敏电阻的第九脚与电气节点A(9)相连，单片机的第二十五脚与电气节点A(9)相连，环形光敏电阻的第一十脚与电气节点A(10)相连，单片机的第二十六脚与电气节点A(10)相连，环形光敏电阻的第一十一脚与电气节点A(11)相连，单片机的第一十三脚与电气节点A(11)相连，环形光敏电阻的第一十二脚与电气节点A(12)相连，单片机的第一十四脚与电气节点A(12)相连，环形光敏电阻的第一十三脚与电气节点A(13)相连，单片机的第一十五脚与电气节点A(13)相连，环形光敏电阻的第一十四脚与电气节点A(14)相连，单片机的第一十六脚与电气节点A(14)相连，环形光敏电阻的第一十五脚与电气节点A(15)相连，单片机的第一十七脚与电气节点A(15)相连，环形光敏电阻的第二脚与电气节点A(2)相连，单片机的第四脚与电气节点A(2)相连，二极管的正极与电气节点EL相连，单片机的第一十一脚与电气节点EL相连，三极管的第二脚与电气节点SD相连，第三号电阻的第一脚与电气节点SD相连，单片机的第六脚与电气节点SD相连，单片机的第一十九脚与电气节点GND相连，单片机的第八脚与电气节点GND相连，第二号电容的第二脚与电气节点GND相连，第一号电容的第二脚与电气节点GND相连，二极管的负极与电气节点GND相连，三极管的第三脚与电气节点GND相连，第三号电阻的第二脚与电气节点GND相连，第三号电容的第二脚与电气节点GND相连，电气节点IN-与电气节点GND相连，电气节点VSS与电气节点GND相连，单片机的第二十脚与电气节点VCC相连，蜂鸣器的第一脚与电气节点VCC相连，第一号电阻的第二脚与电气节点VCC相连，第二号电阻的第一脚与电气节点VCC相连，电气节点IN+与电气节点VCC相连，电气节点VCC/VDD与电气节点VCC相连，电气节点VDD与电气节点VCC相连。
本实施例的单片机U1的源代码如下，源代码反应了本发明的动作流程，源代码采用MPLAB X IDE软件编译：
Figure BDA0002588483400000061
Figure BDA0002588483400000071
Figure BDA0002588483400000081
Figure BDA0002588483400000091
Figure BDA0002588483400000101
Figure BDA0002588483400000111
Figure BDA0002588483400000121
Figure BDA0002588483400000131
Figure BDA0002588483400000141
Figure BDA0002588483400000151
Figure BDA0002588483400000161
Figure BDA0002588483400000171
Figure BDA0002588483400000181
Figure BDA0002588483400000191
Figure BDA0002588483400000201
以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种智能传感器的设计方法，其特征在于：基于测试系统，测试系统包括电源接口、控制模块(CM)、发光二极管(Led)和光敏器件(RJ)；
光敏器件(RJ)包括环形光敏材料条和至少5个引脚，引脚均匀分布在环形光敏材料条上，环形光敏材料条材质均匀，环形光敏材料条各处宽度均匀，任意两相邻引脚之间的环形光敏材料条的长度相等，引脚依次命名为A(i)，其中i为从0开始逐渐递增的整数；
电源接口与控制模块(CM)之间具有电性连接；
控制模块(CM)与发光二极管(Led)之间具有电性连接；
控制模块(CM)与光敏器件(RJ)之间具有电性连接；
光敏器件(RJ)能够接收到发光二极管(Led)发出的光，发光二极管(Led)发出的光会导致光敏器件(RJ)的电阻分布状态变化；
控制模块(CM)具有数学计算电路；
控制模块(CM)具有双向采样操作，双向采样操作的参数为i的数值，双向采样操作的流程如下：
步骤a0、将编号等于(i+y-1)％y的引脚的别名设为引脚B0，将编号等于(i+y+2)％y的引脚的别名设为引脚B1，将编号等于(i+y)％y的引脚的别名设为引脚D0，将编号等于(i+y+1)％y的引脚的别名设为引脚D1，其中y为引脚的数量；
步骤a1、将电源接口正极与引脚B0导通，将电源接口负极与引脚B1导通；
步骤a2、利用AD采样技术采集引脚D0处的电压值，并将引脚D0处的电压值保存到变量H0；
步骤a3、将电源接口正极与引脚B1导通，将电源接口负极与引脚B0导通；
步骤a4、利用AD采样技术采集引脚D1处的电压值，并将引脚D1处的电压值保存到变量H1；
步骤a5、调用控制模块(CM)数学计算电路，进行如下数学公式的运算：
DT＝|H0-H1|；
步骤a6、将计算得到的DT值作为双向采样操作的返回值返回给调用者；
控制模块(CM)具有遮断测试操作：遮断测试操作用于判断光敏器件(RJ)是否异常以及判断光敏器件(RJ)是否被遮断；
遮断测试操作的流程具体如下：
步骤b0、将i的值设置为零；
步骤b1、关闭发光二极管(Led)；
步骤b2、执行双向采样操作流程，参数为i的值，将双向采样操作流程返回值赋值给变量NT；
步骤b3、判断NT的值是否在误差允许范围内，若NT的值小于允许的误差阈值，则符合测试要求，则执行步骤b4；若NT的值大于等于允许的误差阈值，则返回测试结论为‘异常’，遮断测试操作结束；
步骤b4、点亮发光二极管(Led)；
步骤b5、进行双向采样操作，参数为i的值，将双向采样操作流程返回值赋值给变量NT；
步骤b6、判断NT的值是否在误差允许范围内，若NT的值小于允许的误差阈值，则执行步骤b7；若NT的值大于等于允许的误差阈值，则将遮断测试结论返回‘被遮断’，遮断测试操作结束；
步骤b7、将i的数值加1；
步骤b8、判断i是否等于y，若i＝y，则将遮断测试操作结论返回‘正常’；若i<y，则进入步骤b1；
控制模块(CM)具有如下主流程：
步骤e1、调用遮断测试操作流程；
步骤e2、判断遮断测试操作流程的测试结论返回值：若测试结论返回值为被遮断，则对外输出代表‘被遮断’的信号，循环调用流程结束；若测试结论返回值为正常，则循环调用流程结束；若测试结论返回值为异常，则对外输出代表‘异常’的信号，循环调用流程结束。
2.根据权利要求1所述的一种智能传感器的设计方法，其特征在于：对外输出代表‘异常’的信号的方式为通过声音报警模块发出提示的声音。
3.根据权利要求1所述的一种智能传感器的设计方法，其特征在于：对外输出代表‘被遮断’的信号的方式为通过点亮指示灯来提醒调用者。
4.根据权利要求1所述的一种智能传感器的设计方法，其特征在于：发光二极管(Led)发出的光为红外光。
5.根据权利要求1所述的一种智能传感器的设计方法，其特征在于：光敏器件(RJ)引脚数量为16个。
6.根据权利要求1所述的一种智能传感器的设计方法，其特征在于：电源的输入电压为5V。
7.智能设备，其特征在于：采用权利要求1所述的一种智能传感器的设计方法所设计的传感器作为安全控制，当操作人员的手放置在传感器感应范围内时，设备不会进行可能导致人体受损的动作。
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