Ик инфракрасный препятствий. Ардуино: оптический датчик препятствия. Подключение к Ардуино

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.

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

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..

Практически каждый самодвижущийся робот имеет такие датчики. Это своеобразные глаза робота. Датчик работает по принципу радара - посылка и прием ИК света. Светодиод излучает инфракрасные лучи, которые отражаясь от препятствия попадают на приемник ИК излучения TSOP1736 , который формирует на выходе сигнал низкого уровня, что говорит о том, что есть сигнал. Если же препятствия нет, то лучи уйду в никуда и отражения не будет, приемник ИК лучей ничего не увидит.

Вобщем идея очень проста, но есть тут несколько тонкостей. Во первых приемник ИК излучения реагирует только на импульсы определенной частоты, частота указана в последних двух цифрах обозначения TSOPа - 1736 - 36Кгц, 1738 - 38 Кгц. Т.е. для управления светодиодом (вывод вход датчика) нужно подавать импульсы именно с частотой приема TSOPа. Это можно реализовать либо программно, либо использовав модуль ШИМ управляющего микроконтроллера, а можно и аппаратно, собрав генератор на нужную частоту, скажем на таймере 555. Лично я использую для управления ИК диодами ШИМ модуль микроконтроллера. Чтобы датчик ответил на сигнал оптимально подавать пачку из 8-15 импульсов на светодиод, а потом сразу же проверять состояние ИК приемника. Если на его выводе лог.0 то есть препятствие - нужно выполнять маневр. И еще, фильтр ИК приемника может подстраиваться в небольших пределах на принимаемый ИК сигнал, это нигде не документируется, но это так. Поэтому совсем точно выдерживать 36Кгц не обязательно, достаточно установить близкую частоту (ну скажем 35750 ГЦ) и дать достаточное количество импульсов, чтобы TSOP мог подстроиться к ним и успеть среагировать, обычно делают 10-15 импульсов.

Вывод TSOPа имеет открытый коллектор, когда сигнал принят вывод устанавливается в низкий логический уровень. Если выход датчика подключен к порту контроллера со встроенным подтягивающим резистором то резистор R2 в схеме не нужен.

Тут еще нужно сказать, что дальность определения расстояния очень сильно зависит от материала. Например на черный пластик датчик вобще не реагирует, а на белые обои реагирует прекрасно. Для относительной регулировки чувствительности датчика используется подстроечный резистор R4. А чтобы датчик реагировал только на отраженный свет, а не на сам светодиод нужно между диодом и приемником установить непрозрачную для ИК лучей перегородку.

Питается устройство напряжением 5 вольт (у меня от NI-MH аккумулятора 4,8 вольт).

Пример настройки модуля ШИМ на 36 КГц для микроконтроллера PIC
movlw d"14"
movwf CCPR1L ;Установка периода 50%
movlw b"00001111"
movwf CCP1CON ;Включаем ШИМ
bsf STATUS,RP0 ;Банк 1
movlw d"27" ;Частота ШИМ примерно 36КГЦ (для TSOP1736)
movwf PR2
bcf STATUS,RP0 ;БАНК 0
clrf TMR2
movlw b"00000100" ;Включение модуля ШИМ
movwf T2CON ;и таймера TMR2, чтобы ШИМ работало

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.