《AT89S52单片机基础项目教程》402-接近开关及相关传感器

课题序号402教学班级教学课时1教学形式多媒体教学课题名称自动分拣投料机--接近开关及相关传感器使用教具课件，多媒体教学教学目的掌握接近开关及相关传感器的分类及使用教学重点接近开关及相关传感器的分类及特点教学难点接近开关外部电路连接更新、补充、删节内容无课前准备制作课件，整理任务指导书课外作业编程并调试步进电机的驱动，步进电机正反转启停控制。用一个接近开关控制步进电机的转动和停止，两个按键分别控制步进电机的正转、反转。当电机停止、正转、反转时，接在P0口的数码管分别显示0、1、2板书设计一、接近开关及相关传感器（一）接近开关及其分类（二）光纤传感器及分类（三）红外传感器（四）接近开关外部电路连接教学感想

课堂教学安排教学环节主要教学内容教学手段与方式课程导入（以展示实物的方式引入本课的主要内容）讲授新课（讲解本课的主要内容）课程小结课后作业传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。接近开关是种开关型传感器（即无触点开关），它即有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。（实物展示）（一）接近开关及其分类1、接近开关在各类元件中，有一种对接近它的物件有“感知”能力的元件，也称为位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。接近开关是一种不需要与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动交流或直流电器或给单片机提供控制指令。2、分类因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知”方法也不同，所以常见的接近开关有以下几种：（1）涡流式接近开关这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。（2）霍尔接近开关霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。（3）电容式接近开关这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳如图4-2-3所示。外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。（4）热释电式接近开关用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关。这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。（5）光电式接近开关利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。（6）其它型式的接近开关当观察者或系统对波源的距离发生改变时，接近到的波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。声纳和雷达就是利用这个效应的原理制成的。利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。当有物体移近时，接近开关接收到的反射信号会产生多普勒频移，由此可以识别出有无物体接近。3、接近开关的选型和检测对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近开关，以使其在系统中具有高的性能价格比，为此在选型中应遵循以下原则：（1）当检测体为金属材料时，应选用高频振荡型接近开关，该类型接近开关对铁镍、A3钢类检测体检测最灵敏。对铝、黄铜和不锈钢类检测体，其检测灵敏度就低。（2）金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，应选用光电型接近开关或超声波型接近开关。（3）当检测体为非金属材料时，如：木材、纸张、塑料、玻璃和水等，应选用电容型接近开关。（4）对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁性接近开关或霍尔式接近开关。（二）光纤传感器及分类1、光纤传感器光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。光纤传感器通过光导纤维把输入变量转换成调制的光信号。它的测量原理有两种：一种是被测参数引起光导纤维本身传输特性变化，即改变光导纤维环境如应变、压力、温度等，从而改变光导纤维中光传播的相位和强度，这时测量通过光导纤维的光相位或光强度变化，就可知道被测参数的变化；另一种是以激光器或发光二极管为光源，用光导纤维作为光传输通道，把光信号载送入或载送出敏感元件，再与其他相应敏感元件配合而构成传感器。前者属于物性型传感器，后者属于结构型传感器。这两种传感器在自动测量系统中都有应用。工业生产中为了检测和处理种类繁多的信息，需要用传感器将被测量转换成便于处理的输出信号形式，并送往有关设备。在这个过程中采用光信号比电信号有很大的优越性。用光纤传输光信号,能量损失极小,而且光纤的化学性质稳定、横截面小，同时又具有防噪声、不受电磁干扰、无电火花、无短路负载和耐高温等优点。因此70年代末光纤通信技术兴起，光纤传感器也获得迅速发展。2、分类光纤传感器按照使用的光纤不同，通常分为多模光纤传感器和单模光纤传感器两大类。光纤芯内折射率分布对传输频带宽度的影响很大。可以传输多种传输模的称为多模光纤，传输频带宽度可达30兆赫至数百兆赫。芯子与包层极细的一种光导纤维（芯子与包层间折射率差值很小）只能传输一种传输模，称为单膜光纤，传输频带宽度高达10吉赫。多模光纤传感器又分为传光型和光强调制型两种，单模光纤传感器则分为偏振调制型和相位调制型两种。（三）红外传感器红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感器其内部发射特殊红外线光波，相当数据流，也就是数字信号转成红外信号—红外信号转成数字信号（达到控制，信号传输的效果）。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。（四）接近开关外部电路连接接近开关及相关传感器外部接线图如下图所示：接近开关及相关传感器外部接线图接近开关和传感器是本次任务所介绍的主要内容，由于种类繁多知识点比较多，学生学习时有一定的难度。同学可以上网收索，了解更多学习资料。编程并调试开环状态下步进电机的驱动，步进电机正反转启停控制。用一个接近开关控制步进电机的转动和停止，两个按键分别控制步进电机的正转、反转。当电机停止时，接在P0口的单位数码管显示0；电机正转时，数码管显示1；电机反转时显示2。实物导入（由实物展示引导学生思考，引出课程内容）讲授法（结合课件及实物，讲解接近传感器的分类及不同传感器各自特点。学生听课、做笔记及思考）讲授法（着重讲解接近开关的选型原