Как работает инфракрасный датчик препятствий. Какие бывают типы ИК-датчиков. Для чего используются инфракрасные датчики в робототехнике. Как выбрать подходящий ИК-датчик для проекта.
Принцип работы инфракрасного датчика препятствий
Инфракрасный датчик препятствий основан на принципе отражения инфракрасного излучения от объектов. Он состоит из двух основных компонентов:
- ИК-светодиода (передатчика) — излучает инфракрасный свет
- ИК-фотодиода или фототранзистора (приемника) — улавливает отраженное излучение
Принцип работы заключается в следующем:
- ИК-светодиод излучает инфракрасный свет
- Свет отражается от препятствия
- Отраженный свет улавливается ИК-приемником
- При обнаружении отраженного сигнала датчик выдает соответствующий выходной сигнал
Чем ближе препятствие, тем интенсивнее отраженный сигнал. Это позволяет не только обнаруживать наличие объекта, но и приблизительно оценивать расстояние до него.
Основные типы инфракрасных датчиков
1. Пассивные ИК-датчики
Пассивные датчики только принимают инфракрасное излучение, не излучая его. Они улавливают тепловое излучение объектов. Основные виды:
- Пироэлектрические датчики
- Термопары
- Болометры
Пассивные датчики используются в основном для обнаружения движения и присутствия людей.
2. Активные ИК-датчики
Активные датчики и излучают, и принимают ИК-излучение. Они состоят из ИК-светодиода и фотоприемника. Виды активных датчиков:
- Рефлекторные — обнаруживают отражение от объекта
- Диффузные — реагируют на рассеянное отражение
- Барьерные — обнаруживают прерывание луча между излучателем и приемником
Активные датчики чаще применяются для обнаружения препятствий в робототехнике.
Применение инфракрасных датчиков препятствий
ИК-датчики препятствий широко используются в следующих областях:
- Робототехника — обнаружение препятствий, навигация роботов
- Автомобильная электроника — системы помощи при парковке
- Промышленная автоматизация — контроль наличия/отсутствия деталей
- Безопасность — охранные системы, датчики присутствия
- Бытовая техника — сенсорное управление, автоматические двери
Благодаря простоте, надежности и низкой стоимости, ИК-датчики остаются одним из самых популярных средств обнаружения объектов в электронике и робототехнике.
Преимущества и недостатки инфракрасных датчиков
Рассмотрим основные плюсы и минусы использования ИК-датчиков препятствий:
Преимущества:
- Простота конструкции и низкая стоимость
- Высокая скорость срабатывания
- Компактные размеры
- Возможность работы в темноте
- Низкое энергопотребление
Недостатки:
- Ограниченная дальность действия (обычно до 30-50 см)
- Зависимость от отражающих свойств поверхности
- Чувствительность к внешним источникам ИК-излучения
- Сложность точного измерения расстояния
Несмотря на ограничения, в большинстве простых применений преимущества ИК-датчиков перевешивают их недостатки.
Как выбрать подходящий ИК-датчик препятствий
При выборе инфракрасного датчика препятствий следует учитывать следующие параметры:
- Дальность обнаружения — от нескольких сантиметров до нескольких метров
- Тип выходного сигнала — аналоговый или цифровой
- Напряжение питания — обычно 3.3В или 5В
- Угол обзора — узконаправленный или широкоугольный
- Скорость отклика — от микросекунд до миллисекунд
- Размеры и форм-фактор датчика
- Наличие дополнительных функций (регулировка чувствительности, защита от помех)
Выбор конкретной модели зависит от требований проекта и условий эксплуатации. Для небольших роботов часто используются недорогие модули на основе ИК-светодиода и фототранзистора с дальностью до 20-30 см.
Настройка и калибровка ИК-датчика препятствий
Для корректной работы инфракрасного датчика препятствий важно правильно его настроить и откалибровать. Основные этапы:
- Установка датчика на нужной высоте и под правильным углом
- Настройка чувствительности с помощью подстроечного резистора
- Проверка срабатывания на разных расстояниях и поверхностях
- Настройка порога срабатывания в программе микроконтроллера
- Тестирование в реальных условиях эксплуатации
Правильная калибровка позволяет минимизировать ложные срабатывания и обеспечить надежное обнаружение препятствий в заданном диапазоне расстояний.
Подключение ИК-датчика к микроконтроллеру
Типовая схема подключения инфракрасного датчика препятствий к микроконтроллеру включает следующие соединения:
- VCC датчика — к выводу питания микроконтроллера (3.3В или 5В)
- GND датчика — к общему проводу (земле)
- OUT датчика — к цифровому входу микроконтроллера
Для считывания данных с датчика используется простой код:
int irSensorPin = 2; // Номер пина, к которому подключен датчик
void setup() {
pinMode(irSensorPin, INPUT);
}
void loop() {
if (digitalRead(irSensorPin) == LOW) {
// Препятствие обнаружено
} else {
// Препятствия нет
}
}
При использовании аналогового выхода датчика можно более точно определять расстояние до препятствия, анализируя уровень сигнала с помощью АЦП микроконтроллера.
Инфракрасный датчик препятствий | Robotica.md
Бесконтактный датчик FC-51 используется, когда не требуется информация о расстоянии до объекта, а нужно только узнать о его наличии или отсутствии. Предельная дистанция обнаружения зависит от настроек. Датчик обнаруживает объекты в диапазоне почти от нуля и до установленного предела, не вступая в контакт с самим объектом. На плате модуля есть два индикатора — зеленый и красный. Свечение зеленого говорит о включении питания. Красный светодиод сообщает о том, что в зоне обнаружения находится объект.
Устройство датчика содержит источник инфракрасного (ИК) излучения и фотоприемник. Излучение, посылаемое устройством, отражается от объекта и принимается фотоприемником. Работа датчика состоит в определении освещенности фотоприемника. Так как наш датчик фиксирует отраженное излучение, то возникает погрешность измерения расстояния. Эта погрешность происходит из-за различной отражающей способности поверхностей объектов изготовленных из разнообразных материалов.
Характеристики и параметры:
- Напряжение питания 3,3–5 В
- Дистанция обнаружения до отражающей белой матовой плоскости 0,02–0,3 м
- Угол обнаружения 35°
- Размер 43 х 16 х 7 мм
Датчик препятствия FC-51 имеет вилку разъема из трех контактов:
- 1. VCC – питание,
- 2. GND – общий провод,
- 3. OUT – выход
- 0
- 0
- 0
- 0
Рейтинг
Инфракрасный датчик препятствий в категории «Техника и электроника»
Фотоэлектрический инфракрасный датчик препятствий настраиваемый E18-D80NK DC5V NPN NO 80cm
На складе в г.
Павлоград
Доставка по Украине
125 грн
Купить
Инфракрасный датчик для обхода препятствий
На складе
Доставка по Украине
34.80 грн
Купить
Оптический инфракрасный датчик обхода препятствий для Arduino
На складе в г. Звягель
Доставка по Украине
45 грн
Купить
Инфракрасный датчик препятствий KY-032
Доставка по Украине
55 грн
Купить
Инфракрасный датчик препятствий для Arduino YL-63
Доставка по Украине
25 грн
Купить
Инфракрасный датчик для обхода препятствий
Доставка из г. Полтава
29.40 грн
Купить
Інфрачервоний датчик перешкод KY-032
Под заказ
Доставка по Украине
55 грн
Купить
Модуль с датчиком обнаружения преград инфракрасный LM393 RobotDyn
На складе в г. Одесса
Доставка по Украине
84 грн
Купить
Інфрачервоний датчик перешкод до 30мм
Доставка по Украине
177.
10 грн
Купить
FC-51 инфракрасный датчик препятствий для ARDUINO
Заканчивается
Доставка по Украине
20 грн
Купить
Модуль датчик препятствий инфракрасный FC-51/HW-201
Доставка из г. Чернигов
28.50 грн
Купить
Модуль датчик препятствий инфракрасный помехозащищенный
Доставка из г. Чернигов
46 грн
Купить
Инфракрасный датчик обхода препятствий Arduino
На складе в г. Умань
Доставка по Украине
27 грн
Купить
Модуль перешкодзахищеного інфрачервоного датчика перешкод для ARDUINO
Доставка по Украине
32 грн
Купить
Інфрачервоний датчик перешкод для ARDUINO FC-51
Доставка по Украине
25 грн
Купить
Смотрите также
Датчик фотоэлектрический с отражателем E3F-R2Y1 90-250V АС
На складе в г. Павлоград
Доставка по Украине
490 грн
Купить
Датчик фотоэлектрический с отражателем E3F-R2P1 5-36V DС PNP NO
На складе в г.
Павлоград
Доставка по Украине
430 грн
Купить
Датчик фотоэлектрический с отражателем E3F-R2N2 5-36V DС NPN NC
На складе
Доставка по Украине
430 грн
Купить
Инфракрасный датчик приближения E18-D80NK
На складе
Доставка по Украине
118.90 грн
Купить
Крышка радара дистроника Mazda 6/CX3/CX5/CX9 2017-2020 KD7J67XA1
Доставка по Украине
320 грн
Купить
Модуль оптического датчика препятствий
На складе
Доставка по Украине
24.60 грн
Купить
Оптический ИК датчик обхода препятствий Arduino
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
35 грн
Купить
SOAN інфрачервоний датчик дверей
Доставка по Украине
457 грн/комплект
Купить
Инфракрасный датчик препятствий для Ардуино FC-51
На складе в г.
Софиевская Борщаговка
Доставка по Украине
34 грн
Купить
Модуль датчик Холла линейный 3144E для Arduino
На складе в г. Умань
Доставка по Украине
38 грн
Купить
Датчик скорости вращения тахометр FC-03 Arduino
На складе в г. Умань
Доставка по Украине
47 грн
Купить
Сенсор лазерного излучения
Доставка по Украине
47 грн
Купить
Радиоконструктор Инфракрасный датчик препятствий для Ардуино FC-51
Доставка по Украине
25 грн
Купить
Модуль отслеживания положения TCRT5000 Arduino
На складе в г. Умань
Доставка по Украине
31 грн
Купить
3-контактный ИК-модуль датчика обнаружения препятствий — онлайн-сервис ES инфракрасный модуль предотвращения препятствий (регулируемый от 2 до 30 см)
Размер продукта: 45,50 мм X45,50 мм X8,50 мм (длина x ширина x высота)
Упаковка установлена, одиночный модуль Электростатический пакет Материалы упаковки: FR4 + электронный компоненты
Описание продукта:
Свет модуля датчика адаптируется к окружающей среде, он имеет пару инфракрасных передающих и приемных трубок, инфракрасная трубка, излучающая определенную частоту, при обнаружении направления встреча с препятствиями (отражающая поверхность), прием отраженного инфракрасного излучения Трубка, после обработки схемы компаратора, загорится зеленый индикатор, в то же время интерфейс вывода сигнала и сигнал вывода цифрового сигнала (низкий уровень 0 В), можно отрегулировать с помощью расстояния обнаружения ручки потенциометра, эффективный диапазон расстояния 2 ~ 30 см , рабочее напряжение от 3,3 В до 5 В.
Производительность продукта:
1.. когда модуль сигнала без препятствий впереди, выходной уровень порта OUT (5V) постоянно.
Когда модуль обнаруживает препятствия впереди сигнала, печатная плата на зеленом индикаторе горит, порт OUT в то же время
Непрерывный выходной сигнал низкого уровня (0 В), модуль обнаружения от 2-30 см, обнаружение угла 35 °, обнаружение
Расстояние можно регулировать с помощью потенциометра, регулировка потенциометра по часовой стрелке, расстояние обнаружения увеличивается; настройка потенциометра против часовой стрелки, уменьшение расстояния обнаружения.
2. Активный датчик обнаружения инфракрасного отражения, поэтому отражательная способность и форма цели являются ключом к дальности обнаружения.
Один черный минимальный диапазон обнаружения, белый самый большой; малая площадь расстояния до объекта, большое расстояние.
3. Выходной порт модуля датчика OUT может быть напрямую подключен к порту ввода-вывода микроконтроллера, а также может напрямую управлять
реле 5 В, режим подключения: VCC — VCC; GND — GND OUT — IO
4, компаратор ИСПОЛЬЗУЕТ LM393, стабильность работы.
5, может использовать питание от 3,3 В до 5 В постоянного тока для модуля питания. При включении питания загорается красный индикатор питания
Указания по применению:
1. VCC внешнее напряжение от 3,3 В до 5 В (которое может напрямую подключен к микроконтроллеру 5 В или микроконтроллеру 3,3 В)
2. GND внешний GND
3. Цифровой выходной интерфейс OUT небольшой пластины (0 и 1)
Модуль Свяжитесь с нами Краткое описание Инфракрасная технология подходит для широкого спектра беспроводных приложений. [адсенс1] Длины волн этих областей и их применение показаны ниже. Диапазон частот инфракрасного излучения выше, чем у микроволнового, и меньше, чем у видимого света. Для оптического зондирования и оптической связи фотооптические технологии используются в ближней инфракрасной области, поскольку свет менее сложен, чем РЧ, когда используется в качестве источника сигнала. Оптическая беспроводная связь осуществляется с помощью ИК-передачи данных для приложений малого радиуса действия. Инфракрасный датчик излучает и/или обнаруживает инфракрасное излучение, чтобы ощущать окружающую среду. Работа любого инфракрасного датчика регулируется тремя законами: законом излучения Планка, законом Стивена-Больцмана и законом смещения Вина. Закон Планка гласит, что «каждый объект излучает излучение при температуре, не равной 0 0 К». Закон Стивена-Больцмана гласит, что «на всех длинах волн полная энергия, излучаемая черным телом, пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры». Согласно закону смещения Вина, «кривая излучения черного тела при различных температурах достигает своего пика на длине волны, обратно пропорциональной температуре». Основная концепция инфракрасного датчика, который используется в качестве детектора препятствий, заключается в передаче инфракрасного сигнала, этот инфракрасный сигнал отражается от поверхности объекта и принимается инфракрасным приемником. [адсенс2] В типичной системе обнаружения инфракрасного излучения используются пять основных элементов: источник инфракрасного излучения, передающая среда, оптический компонент, детекторы или приемники инфракрасного излучения и обработка сигналов. Оптические линзы из кварца, германия и кремния используются для фокусировки инфракрасного излучения. Инфракрасные приемники могут быть фотодиодами, фототранзисторами и т. д. Некоторыми важными характеристиками инфракрасных приемников являются светочувствительность, обнаружительная способность и эквивалентная шумовая мощность. Обработка сигнала осуществляется усилителями, так как мощность инфракрасного детектора очень мала. Типы ИК-датчиков Инфракрасные датчики могут быть пассивными или активными. Пассивные инфракрасные датчики — это в основном инфракрасные детекторы. Пассивные инфракрасные датчики не используют источник инфракрасного излучения и обнаруживают энергию, излучаемую препятствиями в поле зрения. Инфракрасные детекторы квантового типа обеспечивают более высокую эффективность обнаружения и быстрее, чем инфракрасные детекторы теплового типа. Фоточувствительность детекторов квантового типа зависит от длины волны. Детекторы квантового типа подразделяются на два типа: внутренние и внешние. Квантовые детекторы внутреннего типа представляют собой фотопроводящие элементы и фотоэлектрические элементы. Активные инфракрасные датчики состоят из двух элементов: источника инфракрасного излучения и детектора инфракрасного излучения. Инфракрасные источники включают светодиод или инфракрасный лазерный диод. Инфракрасные детекторы включают фотодиоды или фототранзисторы. Энергия, излучаемая источником инфракрасного излучения, отражается от объекта и попадает на детектор инфракрасного излучения. Инфракрасный передатчик представляет собой светоизлучающий диод (LED), излучающий инфракрасное излучение. Следовательно, они называются ИК-светодиодами. Несмотря на то, что ИК-светодиод выглядит как обычный светодиод, испускаемое им излучение невидимо для человеческого глаза. Ниже показано изображение типичного инфракрасного светодиода. Существуют различные типы инфракрасных передатчиков в зависимости от длины волны, выходной мощности и времени отклика. Простой инфракрасный передатчик может быть изготовлен из инфракрасного светодиода, токоограничивающего резистора и источника питания. Схема типичного ИК-передатчика показана ниже. При работе от источника питания 5 В ИК-передатчик потребляет от 3 до 5 мА тока. Инфракрасные передатчики можно модулировать для получения определенной частоты инфракрасного света. Наиболее часто используемой модуляцией является модуляция OOK (ON – OFF – KEYING). ИК-передатчики можно найти в нескольких приложениях. В некоторых приложениях требуется инфракрасное тепло, и лучшим источником инфракрасного излучения является инфракрасный передатчик. Когда инфракрасные излучатели используются с кварцем, можно изготавливать солнечные элементы. Инфракрасные приемники также называются инфракрасными датчиками, поскольку они обнаруживают излучение ИК-передатчика. ИК-приемники бывают в виде фотодиодов и фототранзисторов. Инфракрасные фотодиоды отличаются от обычных фотодиодов тем, что они обнаруживают только инфракрасное излучение. Изображение типичного ИК-приемника или фотодиода показано ниже. Существуют различные типы ИК-приемников в зависимости от длины волны, напряжения, корпуса и т. д. При использовании в комбинации инфракрасный передатчик-приемник длина волны приемника должна совпадать с длиной волны передатчика. Типичная схема инфракрасного приемника с использованием фототранзистора показана ниже. Он состоит из ИК-фототранзистора, диода, МОП-транзистора, потенциометра и светодиода. Когда фототранзистор получает любое инфракрасное излучение, через него протекает ток, и MOSFET включается. Это, в свою очередь, зажигает светодиод, который действует как нагрузка. Потенциометр используется для управления чувствительностью фототранзистора. Принцип работы ИК-датчика в качестве датчика обнаружения объектов можно пояснить с помощью следующего рисунка. ИК-датчик состоит из ИК-светодиода и ИК-фотодиода; вместе они называются Photo-Coupler или Opto-Coupler. Когда ИК-передатчик излучает излучение, оно достигает объекта, и часть излучения отражается обратно к ИК-приемнику. На основе интенсивности приема ИК-приемником определяется выходной сигнал датчика. Типичная схема ИК-датчика показана ниже. Он состоит из ИК-светодиода, фотодиода, потенциометра, операционного усилителя IC и светодиода. ИК-светодиод излучает инфракрасный свет. Фотодиод улавливает инфракрасный свет. Операционный усилитель на ИС используется в качестве компаратора напряжения. Потенциометр используется для калибровки выхода датчика в соответствии с требованиями. Когда свет, излучаемый ИК-светодиодом, падает на фотодиод после столкновения с объектом, сопротивление фотодиода падает с огромной величины. Один из входов операционного усилителя находится на пороговом значении, установленном потенциометром. Другой вход операционного усилителя — это последовательный резистор фотодиода. Когда падающее излучение больше на фотодиод, падение напряжения на последовательном резисторе будет высоким. В ИС сравниваются как пороговое напряжение, так и напряжение на последовательном резисторе. Если напряжение на последовательном резисторе к фотодиоду больше, чем пороговое напряжение, выход IC Op-Amp имеет высокий уровень. Поскольку выход микросхемы подключен к светодиоду, он загорается. Пороговое напряжение можно регулировать, регулируя потенциометр в зависимости от условий окружающей среды. Важным фактором является расположение ИК-светодиода и ИК-приемника. Когда ИК-светодиод удерживается непосредственно перед ИК-приемником, эта установка называется прямым падением. В этом случае почти все излучение ИК-светодиода будет падать на ИК-приемник. Следовательно, связь между инфракрасным передатчиком и приемником находится на линии прямой видимости. Если объект попадает на эту линию, он препятствует попаданию излучения на приемник либо за счет отражения излучения, либо за счет его поглощения. Общеизвестно, что черный цвет поглощает все падающее на него излучение, а белый цвет отражает все падающее на него излучение. На основе этого принципа может быть выполнено второе позиционирование пары датчиков. ИК-светодиод и фотодиод расположены рядом. Когда ИК-передатчик излучает инфракрасное излучение, поскольку между передатчиком и приемником нет прямой линии контакта, испускаемое излучение должно отражаться обратно на фотодиод после попадания на какой-либо объект. Если поверхность объекта по своей природе неотражающая, т. е. она черного или другого темного цвета, она поглощает почти все падающее на нее излучение. Поскольку нет отраженного излучения, на фотодиод не падает излучение, а сопротивление фотодиода остается выше, что позволяет не протекать току. Эта ситуация аналогична тому, что объекта вообще нет. Графическое представление вышеуказанных сценариев показано ниже. Расположение и размещение ИК-передатчика и приемника очень важны. И передатчик, и приемник должны быть расположены под определенным углом, чтобы обнаружение объекта происходило правильно. ИК (инфракрасный) датчик обнаружения препятствий
Введение
Основными направлениями являются датчики и дистанционное управление. В электромагнитном спектре инфракрасная часть делится на три области: ближняя инфракрасная область, средняя инфракрасная область и дальняя инфракрасная область.
Инфракрасные лазеры и инфракрасные светодиоды определенной длины волны могут использоваться в качестве источников инфракрасного излучения. Для передачи инфракрасного излучения используются три основных типа сред: вакуум, атмосфера и оптические волокна. Оптические компоненты используются для фокусировки инфракрасного излучения или ограничения спектральной характеристики.
Они бывают двух типов: квантовые и тепловые. Тепловые инфракрасные датчики используют инфракрасную энергию в качестве источника тепла и не зависят от длины волны. Термопары, пироэлектрические детекторы и болометры являются распространенными типами тепловых инфракрасных детекторов.
Поверхность объекта можно разделить на два типа: отражающая поверхность и неотражающая поверхность. Если поверхность объекта имеет отражающую природу, то есть она белого или другого светлого цвета, большая часть падающего на нее излучения будет отражаться обратно и достигать фотодиода. В зависимости от интенсивности отраженного обратно излучения в фотодиоде протекает ток.
