Инфракрасный датчик препятствия на компараторе LM393. Датчик препятствия ик бампер Ик инфракрасный датчик избегание препятствий для arduino

В данном обзоре мы рассмотрим и протестируем модуль инфракрасного датчика препятствия с обозначением MH-B. Модуль построен на сдвоенном компараторе LM393.

Заказ производился в китайском интернет-магазине Алиэкспресс . Датчик стоит ~20 рублей:

В Грузию товар был доставлен бесплатно компанией "4PX Singapore Post OM Pro" в стандартном пакете:

Плата модуля была герметично запечатана в антистатический пакет и обвернута полиэтиленом с пупырышками:

С одной стороны платы имеются штырьки для подачи питания и снятия сигнала, а с противоположной стороны параллельно друг другу установлены инфракрасный светодиод и фотодиод, которые нужно направлять в сторону препятствия для определения его наличия:

Все контакты подписаны и будет очень легко подключиться к модулю:

• На VCC подаётся напряжение питания;
• Вывод GND - общий;
• С вывода OUT снимается сигнал.

С другой стороны платы написано +OUT, но это не совсем так, и об этом мы поговорим позже:

Кроме микросхемы и светодиода с фотодиодом из радиоэлементов на модуле имеются:

• светодиод индикации питания;
• светодиод индикации сигнала;
• два гасящих резистора для светодиодов на 1 кОм;
• гасящий резистор инфракрасного светодиода на 100 Ом
• два резистора смещения по 10 кОм;
• подстроечный резистор на 10 кОм
• два шунтирующих конденсатора по 0,1 мкФ;

Как уже говорилось модуль основан на сдвоенном компараторе LM393. Коротко рассмотрим документацию на эту микросхему:

Серия LM393 представляет собой двойные независимые прецизионные компараторы напряжения, способные работать с одиночным или раздельным питанием. Эти устройства спроектированы таким образом, чтобы обеспечить общий режим от одного до другого с одним режимом питания. Спецификации смещения входного напряжения до 2,0 мВ делают это устройство отличным выбором для многих применений в потребительской, автомобильной и промышленной электронике. Особенности компаратора LM393:

• Широкий диапазон питания постоянного тока с одним источником(от 2,0 В до 36 В);
• Диапазон двуполярного питания от 1,0 В до 18 В постоянного тока;
• Очень низкий ток покоя, независящий от напряжения питания(0,4 мА);
• Низкий синфазный входной ток смещения(25 нА);
• Низкий дифференциальный входной ток смещения(5 нА);
• Низкое входное напряжение смещения(5,0 мВ макс.);
• Дифференциальное входное напряжение, равное напряжению питания;
• Выходное напряжение, совместимое с логическими уровнями DTL, ECL, TTL, MOS и CMOS;
• Температура окружающей среды от 0 ° C до 70 ° C.

У микросхемы восемь выводов, два из которых общий(4) и плюс питания(8), два других выходы: 1 - выход компаратора A, 7 - выход компаратора B. Выводы 2 и 3 соответственно инверсный и прямой вход компаратора A, а выводы 5 и 6 соответственно прямой и инверсный входы компаратора B. Представляю так же внутреннюю схему одного из компараторов:

Как видно из схемы выход компаратора представляет из себя каскад на транзисторе с открытым коллектором.

Весь модуль в собранном виде не больше длины спичинки и легко может уместится в небольшом пространстве:

Перейдем к проверке и для этого нам понадобится:

1. разъём для подключения к штырькам модуля;
2. токоограничительный резистор для светодиода на сопротивление 220 Ом;
3. ну и собственно сам модуль разумеется

Проверять мы будем самым простым способом, без всяких контроллеров, и все это мы соединим по следующей схеме:

В описании к модулю говорится что он будет работать при напряжении от 3 В до 5 В и мы будем проверять с напряжением питания 5 В. Хочу отметить одну особенность - в начале я говорил, что на штырьке выхода подписано +OUT и что это не совсем так. Из внутренней схемы компаратора, на котором собран модуль, видно что коллектор выходного транзистора никуда не подключён и на нём никак не может быть "+", хотя на плате модуля установлен резистор смещения между выходом и плюсом питания на 10 кОм, но в некоторых случаях этого может быть недостаточным, и при этом получается что выход работает инверсно: при срабатывании датчика на выходе будет логический "0". Это нужно учесть при конструировании некоторых поделок. Сначала я все же поверил надписи на плате и подключил светодиод между выходом и общим проводом, но светодиод начинал светится сразу при подаче питания без препятствия перед модулем, а во время срабатывания при поднесении препятствия на 3 см. он наоборот гаснет:

Пришлось подключить светодиод между выходом и плюсом питания. Собираем правильную схему и подаём напряжение питания:

Видим что без препятствия светодиод не светится.

Замеряем ток и видим что без препятствия в режиме покоя ток потребления 36 мА:

После срабатывания светится светодиод индикации наличия сигнала и потребляемый ток увеличивается до 47 мА:

Изменяя сопротивление подстроечного резистора я замерил стабильное минимально И максимально возможное расстояние срабатывания датчика. При вращении оси подстроечного резистора против часовой стрелки расстояние срабатывания уменьшается и минимально возможное расстояние составило 1 см.:

При вращении же оси подстроечного резистора по часовой стрелке расстояние срабатывания датчика увеличивается и максимальное надёжное расстояние срабатывания датчика составило около 12 см..

Описание и схема датчика препятствий на инфракрасных лучах, который собран на микросхеме К561ЛН2. Одна из задач, которую приходится решать при разработке самодельных бытовых электроприборов, движущихся игрушек и других подобных автоматизированных устройств, - обнаружение и обход препятствий, а так же, обнаружение преград и приближающихся предметов.

Использование для этих целей контактных датчиков не всегда удобно, потому что требует механического соприкосновения с препятствием, с некотором пороговым усилием, зависящим от конструкции датчика, что не всегда желательно. Намного более удобен, надежен и эффективен бесконтактный датчик, не ощупывающий препятствие, а видящий его.

Здесь приводится описание простого датчика, видящего в ИК-излучении, и сделанного из деталей от систем дистанцинного управления бытовой аппаратуры. Максимальная дальность обнаружения препятствий может достигать одного метра или больше, но если этого много (например, нужно реагировать на приближение всего на один сантиметр), его дальность очень просто уменьшить увеличением сопротивления резистора, включенного последовательно излучающему ИК-светодиоду.

Принципиальная схема

Схема датчика приведена на рисунке в тексте. Она выполнена на основе микросхемы К561ЛН2, содержащей шесть инверторов повышенной нагрузочной способности, и таких элементов систем дистанционного управления аппаратурой, как инфракрасный светодиод и инфракрасный фото приемник. Фотоприемник интегральный, на частоту модуляции ИК-потока 33 кГц.

Рис. 1. Принципиальная схема датчика препятствий на ИК-лучах.

Функционально схема состоит из приемника и излучателя. Приемник состоит из интегрального фотоприемника HF1 и логического элемента D1.1. Излучатель состоит из ИК-светодиода HL1 и генератора импульсов 33 кГц на элементах D1.2-D1.6. Фотоприемник и светодиод расположены на плате рядом и направлены в одну сторону, - на препятствие.

Печатная плата

Рис. 2. Печатная плата для схемы датчика.

Между ними непрозрачная перегородка. Чувствительность (дальность) регулируется подбором сопротивления R3 (на схеме минимальное сопротивление, дающее максимальную чувствительность).

Горбунов С. РК-2016-09.

ИК-датчик препятствий для роботов-машин YL-63 (FC-51)
Smart Car Obstacle Avoidance Sensor Module Infrared Tube Module Reflective Photoelectric Sensor

Бесконтактный датчик YL-63 обнаруживает объекты в диапазоне расстояний почти от нуля и до установленного предела не вступая с ними в непосредственный контакт. Разные производители присваивают одному и тому же устройству разные наименования. Одни именуют представленный датчик наименованием YL-63 другие FC-51. Датчик предназначен для применения, когда не требуется информация о расстоянии до объекта, а только о его наличии или отсутствии. Предельная дистанция регистрации зависит от настройки. Датчик YL-63 имеет дискретный выход. Это оптический датчик регистрирующий увеличение интенсивности отраженного инфракрасного (ИК) излучения в контролируемом пространстве. Изменение отраженного излучения происходит из-за движущихся частей механизмов или перемещения окружающих предметов. YL-63 может размещаться на движущемся объекте для определения положения в окружающем пространстве. Применяется для обнаружения препятствия при движении колесных и гусеничных автоматов. Датчик может стать частью наглядного пособия для обучающихся в области систем управления и автоматики.
Устройство содержит источник ИК излучения и фотоприемник. Излучение отражается от препятствия и регистрируется фотоприемником. Он передает сигнал на компаратор LM393, который настроен на срабатывание при определенном уровне освещенности фотоприемника. Компаратор формирует сигнал на выходе датчика YL-63 низкого или высокого логического уровня.

Оптический датчик YL-63 относится к классу диффузионных. Название группы датчиков возникло из-за лежащего в основе работы датчика отражения излучения по множествам направлений - диффузии излучения отражающей поверхностью.
Работа устройства заключается в определении освещенности фотоприемника. Поскольку YL-63 фиксирует отраженное излучение, то возникает погрешность измерения расстояния, вызванная различной отражающей способностью поверхностей объектов изготовленных из разнообразных материалов.

Коэффициенты расстояния для отражения от различных материалов.

Различное отражение и поглощение излучения различных материалов используются для работы воспринимающего узла тахометра. Предположим у нас есть . Требуется узнать количество оборотов в минуту вала двигателя. Нас выручит YL-63. Достаточно приклеить на маховик фрагмент белой бумаги, направить луч датчика на маховик и получим воспринимающий узел тахометра.
Для снижения последствий различных помех обрабатывающим микроконтроллером накапливаются данные полученные от датчика за короткий промежуток времени и производится усреднение. Датчик YL-63 может работать в приборах не имеющих МК.

Параметры

Напряжение питания 3,3-5 В
Дистанция обнаружения до отражающей белой матовой плоскости 0,02-0,3 м
Угол обнаружения 35°
Размеры 43 х 16 х 7 мм

Контакты

Датчик препятствия YL-63 он же FC-51 имеет вилку разъема из трех контактов:
VCC - питание,
GND - общий провод,
OUT - выход.

Индикаторы

На плате модуля расположено два индикатора. Свечение зеленого сообщает о включении питания. Красный светодиод светится если в зоне обнаружения находится объект.

Установка расстояния срабатывания

Настройку устройства облегчает работа индикатора обнаружения. Это позволяет настроить YL-63 он же FC-51 на срабатывание в реальных условиях. Установка чувствительности датчика выполняется с помощью переменного резистора, установленного на плате. Препятствие устанавливается на требуемом удалении от фотоприборов датчика. Поворотом подвижного контакта переменного резистора на плате модуля YL-63 выполняется установка расстояния срабатывания, добиваются включения красного светодиода. Затем проверяют дистанцию срабатывания перемещением отражающего объекта. Настройку повторяют не менее трех раз.

Программа для Ардуино обработки сигнала Y L-63

Сигнал датчика подается на контакт 12 Ардуино.

Void setup() {
Serial.begin (9600);
pinMode (12, INPUT);
}
void loop() {
Serial.print("Signaal: ");
Serial.println (digitalRead(12));
delay (500);
}

ИК-датчик препятствий для роботов-машин YL-63 (FC-51)
Smart Car Obstacle Avoidance Sensor Module Infrared Tube Module Reflective Photoelectric Sensor

Бесконтактный датчик YL-63 обнаруживает объекты в диапазоне расстояний почти от нуля и до установленного предела не вступая с ними в непосредственный контакт. Разные производители присваивают одному и тому же устройству разные наименования. Одни именуют представленный датчик наименованием YL-63 другие FC-51. Датчик предназначен для применения, когда не требуется информация о расстоянии до объекта, а только о его наличии или отсутствии. Предельная дистанция регистрации зависит от настройки. Датчик YL-63 имеет дискретный выход. Это оптический датчик регистрирующий увеличение интенсивности отраженного инфракрасного (ИК) излучения в контролируемом пространстве. Изменение отраженного излучения происходит из-за движущихся частей механизмов или перемещения окружающих предметов. YL-63 может размещаться на движущемся объекте для определения положения в окружающем пространстве. Применяется для обнаружения препятствия при движении колесных и гусеничных автоматов. Датчик может стать частью наглядного пособия для обучающихся в области систем управления и автоматики.
Устройство содержит источник ИК излучения и фотоприемник. Излучение отражается от препятствия и регистрируется фотоприемником. Он передает сигнал на компаратор LM393, который настроен на срабатывание при определенном уровне освещенности фотоприемника. Компаратор формирует сигнал на выходе датчика YL-63 низкого или высокого логического уровня.

Оптический датчик YL-63 относится к классу диффузионных. Название группы датчиков возникло из-за лежащего в основе работы датчика отражения излучения по множествам направлений - диффузии излучения отражающей поверхностью.
Работа устройства заключается в определении освещенности фотоприемника. Поскольку YL-63 фиксирует отраженное излучение, то возникает погрешность измерения расстояния, вызванная различной отражающей способностью поверхностей объектов изготовленных из разнообразных материалов.

Коэффициенты расстояния для отражения от различных материалов.

Различное отражение и поглощение излучения различных материалов используются для работы воспринимающего узла тахометра. Предположим у нас есть . Требуется узнать количество оборотов в минуту вала двигателя. Нас выручит YL-63. Достаточно приклеить на маховик фрагмент белой бумаги, направить луч датчика на маховик и получим воспринимающий узел тахометра.
Для снижения последствий различных помех обрабатывающим микроконтроллером накапливаются данные полученные от датчика за короткий промежуток времени и производится усреднение. Датчик YL-63 может работать в приборах не имеющих МК.

Параметры

Напряжение питания 3,3-5 В
Дистанция обнаружения до отражающей белой матовой плоскости 0,02-0,3 м
Угол обнаружения 35°
Размеры 43 х 16 х 7 мм

Контакты

Датчик препятствия YL-63 он же FC-51 имеет вилку разъема из трех контактов:
VCC - питание,
GND - общий провод,
OUT - выход.

Индикаторы

На плате модуля расположено два индикатора. Свечение зеленого сообщает о включении питания. Красный светодиод светится если в зоне обнаружения находится объект.

Установка расстояния срабатывания

Настройку устройства облегчает работа индикатора обнаружения. Это позволяет настроить YL-63 он же FC-51 на срабатывание в реальных условиях. Установка чувствительности датчика выполняется с помощью переменного резистора, установленного на плате. Препятствие устанавливается на требуемом удалении от фотоприборов датчика. Поворотом подвижного контакта переменного резистора на плате модуля YL-63 выполняется установка расстояния срабатывания, добиваются включения красного светодиода. Затем проверяют дистанцию срабатывания перемещением отражающего объекта. Настройку повторяют не менее трех раз.

Программа для Ардуино обработки сигнала Y L-63

Сигнал датчика подается на контакт 12 Ардуино.

Void setup() {
Serial.begin (9600);
pinMode (12, INPUT);
}
void loop() {
Serial.print("Signaal: ");
Serial.println (digitalRead(12));
delay (500);
}

Обзор датчика препятствия YL-63

Технические характеристики датчика препятствия YL-63

• Модель: YL-63(или FC-51)
• напряжение питания: 3.3–5 В
• тип датчика: диффузионный
• компаратор: LM393
• расстояние обнаружения препятствий: 2 – 30 см
• эффективный угол обнаружения препятствий: 35°
• потенциометр для изменения чувствительности
• светодиод индикации питания
• светодиод индикации срабатывания
• размеры: 43 х 16 х 7 мм

Подключение YL-63 к Arduino

• VCC - питание 3-5 В;
• GND - земля;
• OUT - цифровой выход.

Рисунок 1. Схема соединений подключения датчика YL-63 к плате Arduino

Загрузим скетч из листинга 1 на плату Arduino и посмотрим как датчик реагирует на препятствия (см. рис. 3). Листинг 1 // Скетч к обзору датчика препятствий YL-63 // http:// http://3d-diy.ru // контакт подключения выхода датчика #define PIN_YL63 5 // Данные с датчика Y63 #define barrier digitalRead(PIN_YL63) void setup() { // инициализация последовательного порта Serial.begin(9600); // настройка контакта подключения датчика в режим INTPUT pinMode(PIN_YL63,INTPUT); } void loop() { if (barrier == 1) { Serial.println("BARRIER!!!"); // Зона обнаружения препятствия while (barrier == 1) // Ждем выхода {;} } else { Serial.println("not barrier"); // Вне зоны обнаружения препятствия while (barrier == 1) // Ждем входа {;} } }

Рисунок 2. Вывод данных в монитор последовательного порта

С помощью потенциометра поэкспериментируем с установкой порогового значения.

Пример использования

Рисунок 3. Робототехническая платформа – мобильный робот на базе Arduino

Создадим скетч обхода роботом лабиринта. Если при движении робота в лабиринте придерживаться одной его стороны (левой или правой), то выход обязательно будет достигнут (рис. 4).

Рисунок 4. Схема обхода лабиринта роботом.

Установим на передний бампер робота три датчика препятствий, два смотрят вперед, один – вправо (см. рис. 5).

Наличие двух передних датчиков улучшает качество определения препятствий спереди, поскольку один датчик не охватывает всю переднюю зону.

Рисунок 5. Подключение датчиков препятствий к мобильному роботу на базе Arduino.

В скетче проверяем состояние датчиков и в зависимости от полученных данных принимается решение о движении. Датчики подключены к контактам Arduino 2, 12, 13. // Номера портов к которым подключены датчики препятствия. const int Front1 = 2, Front2 = 12, Right = 13; Создадим в Arduino IDE новый скетч, занесем в него код из листинга 2 и загрузим скетч на на плату Arduino. Листинг 2 // Объявляем переменные для хранения состояния двух моторов. int motor_L1, motor_L2, input_L; int motor_R1, motor_R2, input_R; // Временные константы служат для точного задания времени на поворот, разворот, движение вперед // в миллисекундах. const int time_90 = 390; // Номера портов к которым подключены датчики препятствия. const int Front1 = 2, Front2 = 12, Right = 13; //========================================= void setup() { // Заносим в переменные номера контактов (пинов) Arduino. // Для левых и правых моторов машинки. setup_motor_system(3, 4, 11, 7, 8, 10); // pinMode(Front1, INPUT); pinMode(Front2, INPUT); pinMode(Right, INPUT); // Двигатели запущены. setspeed(255, 255); } // Основная программа. void loop() { boolean d_Front1, d_Front2, d_Right; d_Front1 = digitalRead(Front1); d_Front2 = digitalRead(Front2); d_Right = digitalRead(Right); // Если ни один датчик не сработал. if (d_Front1 && d_Front2 && d_Right) { //Замедление правых колес setspeed(255, 15); forward();//подворот вправо. } else { //Если сработал один из передних датчиков и не сработал правый. if ((!d_Front1) || (!d_Front2)) { //Максимальная мощность на все колеса. setspeed(255, 255); // поворачиваем налево на 90 градусов. left(); delay(time_90 / 5); } else { // Если сработал правый датчик. // Замедление левых колес. setspeed(15, 255); forward();//подворот влево. } } } // Функция инициализации уравления моторами. void setup_motor_system(int L1, int L2, int iL, int R1, int R2, int iR) { // Заносим в переменные номера контактов (пинов) Arduino. motor_L1 = L1; motor_L2 = L2; input_L = iL; // Для левых и правых моторов машинки. motor_R1 = R1; motor_R2 = R2; input_R = iR; // Переводим указанные порты в состояние вывода данных. pinMode(motor_L1, OUTPUT); pinMode(motor_L2, OUTPUT); pinMode(input_L, OUTPUT); pinMode(motor_R1, OUTPUT); pinMode(motor_R2, OUTPUT); pinMode(input_R, OUTPUT); } // Функция задает скорость двигателя. void setspeed(int LeftSpeed, int RightSpeed) { // Задаем ширину положительного фронта от 0 до 255. analogWrite(input_L, LeftSpeed); analogWrite(input_R, RightSpeed); // Чем больше, тем интенсивнее работает мотор. } // Поворот налево с блокировкой левых колес. void forward() { // Левые колеса вращаются вперед. digitalWrite(motor_L1, HIGH); digitalWrite(motor_L2, LOW); // Правые колеса вращаются вперед. digitalWrite(motor_R1, HIGH); digitalWrite(motor_R2, LOW); } // Поворот налево. void left() { // левые колеса вращаются назад digitalWrite(motor_L1, LOW); digitalWrite(motor_L2, HIGH); // правые колеса вращаются. digitalWrite(motor_R1, HIGH); digitalWrite(motor_R2, LOW); } Запускаем робота в лабиринте и смотрим как он движется в лабиринте.

Часто задаваемые вопросы FAQ

• Проверьте правильность подключения датчика.

• С помощью протенциометра подберите порог срабатывания датчика.