Инфракрасный датчик препятствия на компараторе LM393. Ардуино: оптический датчик препятствия Инфракрасный датчик препятствий arduino подключение

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);
}

Сразу к делу, иначе речи быть не может! lm311 это компаратор (Стоимость 9-10 рублей, распространенный). Компаратор сравнивает 2 входящие величины. На схеме одна входящая величина это "идеальное напряжение" которое выставляется переменным резистором, вторая величина - величина проходящая через фото транзистор на второй вход компаратора. Сравнивая величины компаратор делает вывод. Если луч светодиода светит на фото транзистор (или отображается от поверхности) то на выходе Signal устанавливается логический ноль. Если же луч не отображается и не попадает на фототранзистор то загорается светодиод...

Нами были проверенны фотодиоды, фототранзисторы, ик реле. И был сделан вывод. Наилучшими датчиками в данной схеме явлдяются: Фотодиоды 5 мм. И Фототранзисторы 3мм. Существует множество различных фото устройств и возможно вы сами что то подберете под Вас.
Начинающим предпочтительно изготовление на макетной плате.

Вместо резисторов 330 Ом возможно поставить резисторы около 91-100 Ом.
Потребление платы минимальное.
Дальность действия:
При организации фото барьера - расстояние достигает метра - при условии точной настройки светодиода и фотоприемника.
При организации датчика определения линии или препятствия расстояние достигало 2-15 сантиметров.

Датчик изготовлен, работает, тест прошел, работоспособность доказана!
Ваши вопросы в комментарии.
Датчик был применен вместе в микроконтроллером не имеющим встроенного Ацп и компаратора.

Сom адаптер. Рабочая схема. RS232-TTL

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);
}

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..

Простейший инфракрасный сенсор, который будет сообщать о наличии препятствия, можно сделать всего на одном транзисторе. Эта самоделка имеет скорее не практическое применение, а скорее теоретическое, демонстрируя работу инфракрасного датчика наличия препятствия. Конечно, никто не мешает сделать и практическое применение, скажем, при построении простых роботов.

Схема инфракрасного датчика препятствия

Сборка датчика