Инфракрасный датчик препятствий arduino подключение. Ардуино: оптический датчик препятствия. Вывод о покупке

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

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

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..

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

Устройство представляет собой простой цифровой датчик препятствия, ориентирующийся по отраженному инфракрасному излучению. Этот датчик был приобретен на Алиэкспресс. Принцип действия схож со схемой, которую недавно рассматривали

Конструкция и параметры

Конструктивно датчик представляет собой печатную плату 31 x 14 мм, на плате имеется одно крепежное отверстие.

Масса датчик 2,7 г. Для питания и передачи информации на датчике имеется трех контактный разъем, выводы которого промаркированы.

• Устройство питается постоянным напряжением в диапазоне от 3,3 до 5 В, ток потребления составляет 25 мА при напряжении питания 3,3 В и 40 мА при напряжении 5 В.

На датчике размещен инфракрасные светодиод и фотоприемник. Наличие препятствия определяется по интенсивности отраженного инфракрасного излучения. Подстроечным резистором на плате датчика можно установить требуемую чувствительность устройства. По заявлениям производителя датчик реагирует на препятствия в диапазоне от 2 до 30 см, угол зрения датчика 35 градусов. У автора получилось настроить датчик на препятствия в диапазоне 3-8 см, хотя возможно проблема в том, что испытывался только один датчик, к тому же угол зрения датчика, действительно весьма широк. Не следует также забывать, что различные поверхности отражают инфракрасное излучение по разному, более «блестящая», в данном диапазоне, поверхность будет обнаружена с большего расстояния, чем темная. В любом случае, этот датчик является «оружием ближнего боя».

Когда в поле зрения датчика появляется препятствие, на его информационном выходе устанавливается сигнал логического нуля. Если в поле зрения препятствия нет, то на выходе сигнал логической единицы. На плате датчика имеются два светодиода, один – индикатор питания, а другой — индикатор срабатывания датчика, который загорается при появлении в зоне видимости препятствия.

Подключение к Ардуино

По заявлению продавца датчик оптимизирован для Arduino, учитываю богатую, для столь простого устройства, индикацию и маркировку с этим можно легко согласиться.

Для примера взаимодействия датчика с платформой Arduino, можно взять программу, которая зажигает светодиод, подключенный к 13 цифровому порту, по нажатию кнопки, подключенной к 12 цифровому порту платы Arduino UNO. Программа взята с сайта robocraft.ru

/*
* LED with button
*/

int ledPin = 13; // сетодиод
int btnPin = 12; // кнопка
int val=0;

void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT); // это выход — светодиод
pinMode(btnPin, INPUT); // а это вход — кнопка
Serial.begin(9600); // будем записывать в COM-порт
}

void loop()
{
val = digitalRead(btnPin); // узнаём состояние кнопки
if(val==HIGH) // кнопка нажата
{
digitalWrite(ledPin, HIGH); // зажигаем светодиод
Serial.println(«H»);
}
else // кнопка не нажата
{
digitalWrite(ledPin, LOW); // гасим светодиод
Serial.println(«L»);
}
delay(100);
}

Датчик при этом подключается вместо кнопки. После загрузки программы в память микроконтроллера, можно поэкспериментировать с разными режимами работы датчика.

Вывод о покупке

В целом неплохой дешевый датчик для систем сенсорного управления и ориентирования роботов. В последнем случае может, вероятно, быть альтернативой или дополнением, концевым выключателям, которые срабатывают при контакте робота с препятствием. Своих денег стоит. Denev