3、传感器与检测：光电传感器原理、限位开关应用、电流检测反馈、货物掉落检测逻辑

大家好，我是老张。今天咱们聊聊自动售货机里最容易被忽视、却又最关键的环节——传感器与检测。

你想想看，售货机说白了就是个“黑盒子”。用户投了币，按了按钮，机器就得老老实实把货吐出来。但货道里到底有没有货？货掉没掉下去？电机转到位了没有？这些问题，全靠传感器来回答。

我入行那会儿，第一台自己调试的售货机，就因为少装了一个限位开关，结果电机一直转，把弹簧都拧断了。嗯，从那以后，我对传感器这块就特别上心。

3.1 光电传感器原理

光电传感器，说白了就是“用光来判断有没有东西”。在售货机里，它最常见的用法就是检测货道里还有没有货。

原理其实很简单：发射端发出红外光，接收端等着收光。如果中间有货物挡住，光路断了，接收端就输出一个信号变化。

我个人习惯用对射式光电传感器，而不是反射式。为什么？因为反射式容易受灰尘和货物表面反光影响。我在项目里遇到过，有些饮料瓶包装是镜面的，反射式传感器会误判，明明有货却报“缺货”。

这里给个典型电路参考：

// 光电传感器检测伪代码
#define SENSOR_PIN  GPIO_PIN_5

uint8_t check_货道有货(void) {
    if (HAL_GPIO_ReadPin(SENSOR_GPIO_Port, SENSOR_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {
        // 光路被遮挡，说明有货
        return 1;
    } else {
        // 光路通畅，说明缺货
        return 0;
    }
}

注意一点：光电传感器要加防抖处理。我见过不少新手直接读IO口，结果货物晃动一下就误报。加个10ms的软件滤波，稳得很。

3.2 限位开关应用

限位开关，在售货机里主要管两件事：电机转没转到头？货盘推没推到位？

说白了就是个机械触点开关。电机带动机构运动，碰到开关，电路就通了或者断了，MCU就知道“到位了”。

我常用的限位开关有两种：

• 微动开关： 便宜、可靠，适合弹簧货道的复位检测
• 霍尔传感器： 无接触、寿命长，适合旋转货盘的定位

这里有个坑，我曾经踩过——微动开关的触点抖动。电机停下来的时候，机构会有个回弹，开关会连续通断好几次。如果不做软件消抖，MCU会以为电机没停，继续给指令，结果就是“过冲”。

我的做法是：检测到限位信号后，延迟50ms再确认一次。代码大概这样：

void 限位检测_带消抖(void) {
    if (HAL_GPIO_ReadPin(LIMIT_GPIO_Port, LIMIT_Pin) == GPIO_PIN_SET) {
        HAL_Delay(50);  // 等50ms
        if (HAL_GPIO_ReadPin(LIMIT_GPIO_Port, LIMIT_Pin) == GPIO_PIN_SET) {
            // 确认到位
            电机停止();
        }
    }
}

3.3 电流检测反馈

电流检测，这个功能很多人会忽略。但我觉得，它才是售货机控制逻辑里的“隐藏王牌”。

为什么这么说？因为电机堵转、货物卡住、线路短路，这些故障都会反映在电流上。你想想看，电机正常转动时电流是平稳的，一旦堵住，电流会瞬间飙升。

我习惯用采样电阻加运放的方式来做电流检测。成本低，响应快。MCU的ADC读电压，换算成电流值。

典型电路参数：

检测逻辑其实不复杂：启动电机后，持续监测电流。如果电流超过阈值并持续200ms以上，就判定为堵转，立即停止电机并报警。

void 电流检测_任务(void) {
    uint16_t adc_value = 读取ADC();
    float current = (adc_value * 3.3 / 4096) / 0.1 / 50;  // 换算成电流
    
    if (current > 堵转阈值) {
        堵转计时++;
        if (堵转计时 > 200) {  // 持续200ms
            电机停止();
            上报故障(FAULT_堵转);
        }
    } else {
        堵转计时 = 0;
    }
}

3.4 货物掉落检测逻辑

这个功能，是售货机“出货成功”的最后一道防线。用户付了钱，货到底掉没掉下去？

检测方法有好几种，我挑最实用的说：

• 红外对射检测： 在出货口装一对红外传感器，货物掉落时遮挡光路，产生一个脉冲信号
• 声音检测： 货物掉到取物口时会有撞击声，用麦克风拾音判断
• 电流变化检测： 货物掉落后，电机负载突然减轻，电流会有一个明显的下降沿

我个人最推荐第一种——红外对射。简单、可靠、成本低。但要注意安装位置，别让货物砸到传感器上，不然用不了几次就坏了。

检测逻辑的核心是“超时判断”：

void 出货检测_逻辑(void) {
    启动电机();
    启动掉落计时器(5000);  // 5秒超时
    
    while (掉落计时器_未超时()) {
        if (红外对射_检测到脉冲()) {
            // 检测到货物掉落
            电机停止();
            出货成功();
            return;
        }
    }
    
    // 超时了还没检测到掉落
    电机停止();
    出货失败();
    上报故障(FAULT_出货失败);
}

这里有个细节：脉冲检测要防抖。货物掉落时可能弹跳，产生多个脉冲。我一般只认第一个脉冲，后面的忽略。

好了，传感器这块就聊到这儿。总结一句话：光电传感器管有没有货，限位开关管到没到位，电流检测管堵没堵转，掉落检测管成没成功。四者配合好了，售货机才能老老实实干活。

下一章咱们聊聊电机驱动，那可是让货道“动起来”的关键。到时候见。