Инфракрасный датчик ардуино. Инфракрасный датчик Arduino: принцип работы, подключение и применение

Как устроен инфракрасный датчик Arduino. Каковы его основные характеристики. Как правильно подключить ИК-датчик к плате Arduino. Для чего используются инфракрасные датчики в проектах робототехники.

Принцип работы инфракрасного датчика Arduino

Инфракрасный датчик Arduino представляет собой устройство для бесконтактного обнаружения объектов и препятствий. Его принцип работы основан на излучении и приеме отраженного инфракрасного света.

Основные компоненты ИК-датчика:

• ИК-светодиод (излучатель) — испускает инфракрасные лучи
• ИК-фотодиод (приемник) — регистрирует отраженное излучение
• Компаратор — сравнивает уровень принятого сигнала с пороговым значением
• Регулировочные элементы — позволяют настраивать чувствительность и дальность срабатывания

Когда ИК-луч отражается от препятствия и попадает на фотоприемник, сопротивление последнего уменьшается. Компаратор фиксирует это изменение и формирует выходной сигнал низкого уровня (логический 0). При отсутствии отражения выдается высокий уровень сигнала (логическая 1).

Технические характеристики инфракрасных датчиков Arduino

Наиболее распространенные модели ИК-датчиков для Arduino имеют следующие параметры:

• Напряжение питания: 3.3-5В
• Потребляемый ток: около 20 мА
• Дальность обнаружения: 2-40 см (регулируемая)
• Угол обзора: около 35°
• Рабочая температура: -10…+50°C
• Размеры: 40x16x10 мм

Какое максимальное расстояние обнаружения у инфракрасных датчиков Arduino? Большинство моделей позволяют регулировать дальность срабатывания в пределах 2-40 см с помощью подстроечного резистора на плате. Это дает возможность настроить датчик под конкретную задачу.

Подключение ИК-датчика к плате Arduino

Для подключения инфракрасного датчика к Arduino понадобится:

• Плата Arduino (Uno, Nano, Mega и др.)
• ИК-датчик обнаружения препятствий (например, FC-51)
• 3 провода «папа-мама»
• USB-кабель для Arduino

Схема подключения:

1. GND датчика → GND Arduino
2. VCC датчика → 5V Arduino
3. OUT датчика → любой цифровой пин Arduino (например, D2)

После физического подключения необходимо загрузить управляющий скетч в микроконтроллер Arduino. В простейшем случае программа будет считывать состояние датчика и выводить результат в монитор порта.

Применение инфракрасных датчиков в робототехнике

ИК-датчики широко используются в различных проектах робототехники на базе Arduino. Основные области применения:

• Обнаружение препятствий для мобильных роботов
• Счетчики оборотов и измерители скорости вращения
• Определение положения подвижных частей механизмов
• Системы автоматического управления
• Охранные системы и датчики движения

Как использовать ИК-датчик для создания робота, объезжающего препятствия? Необходимо установить несколько датчиков по периметру робота и запрограммировать алгоритм объезда при срабатывании какого-либо из них. Это позволит роботу автономно перемещаться, избегая столкновений.

Настройка и калибровка инфракрасных датчиков

Для корректной работы ИК-датчика в конкретных условиях может потребоваться его настройка:

1. Регулировка дальности обнаружения с помощью подстроечного резистора на плате датчика
2. Настройка порога срабатывания компаратора
3. Калибровка под различные отражающие поверхности
4. Экранирование от внешних источников ИК-излучения

Правильная калибровка позволяет повысить точность и надежность работы датчика в составе робототехнических систем.

Преимущества и недостатки ИК-датчиков Arduino

Основные достоинства инфракрасных датчиков:

• Простота использования
• Низкая стоимость
• Компактные размеры
• Высокое быстродействие
• Нечувствительность к цвету объектов

Недостатки:

• Ограниченная дальность действия
• Зависимость от отражающих свойств поверхностей
• Чувствительность к внешним помехам
• Невозможность измерения точного расстояния до объекта

Какие факторы могут влиять на точность работы ИК-датчика? Основные источники погрешностей — неравномерность отражающих свойств поверхностей, засветка от посторонних ИК-источников, загрязнение оптических элементов датчика.

Альтернативные типы датчиков для Arduino

Помимо инфракрасных, в проектах робототехники на базе Arduino применяются и другие типы датчиков:

• Ультразвуковые дальномеры — измеряют расстояние по времени отражения звуковой волны
• Лазерные дальномеры — обеспечивают высокую точность измерения дистанции
• Емкостные датчики — реагируют на приближение объектов без прямого контакта
• Индуктивные датчики — обнаруживают металлические предметы

Выбор конкретного типа датчика зависит от требований проекта по дальности, точности, быстродействию и другим параметрам.

Инфракрасный датчик обнаружения препятствий Arduino

Описание Подключение инфракрасного датчика обнаружения препятствий Применение

Инфракрасный датчик обнаружения препятствий Arduino

Описание

Инфракрасный датчик обнаружения препятствий (рисунок 1), входящий в состав ARDUINO SENSOR KIT, предназначен для обнаружения препятствий без непосредственного контакта с ними. На печатной плате модуля располагается ИК-светодиод и ИК-фотоприемник, когда интенсивность отраженного от препятствия излучения превышает заданный порог, формируется сигнал, вызывающий срабатывания датчика.

Датчик можно включать и выключать удаленно, для этого нужно заранее снять перемычку (Jumper) и подавать для этого на контакт EN управляющий сигнал (логический ноль или единицу). Кроме того данное устройство имеет два резистора для регулировки дальности обнаружения препятствий и частоты излучения инфракрасного диода. Переменным резистором R5 (расположен рядом с перемычкой) регулируется мощность инфракрасного излучения светодиода, что позволяет настроить дальность срабатывания датчика. Переменным резистором R6 регулируется частота излучения инфракрасного светодиода (по умолчанию – 38 кГц). Настройка датчика необходима, т.к. он предназначен для работы с отраженным инфракрасным излучением, а поверхности, изготовленные из различных материалов, обладают различной отражающей способностью. Для каждого применения выполняют настройку (ориентируясь на работу индикатора срабатывания на преграду), установив преграду на требуемом расстоянии.

Технические характеристики датчика обнаружения представлены в таблице.

Рисунок 1 — Инфракрасный датчик обнаружения препятствий Arduino.

Таблица – Технические характеристики инфракрасного датчика обнаружения препятствий Arduino.

Параметр	Значение
Номинальное рабочее напряжение	от 3.3 В до 5 В
Ток потребления в рабочем режиме	20 мА
Угол обзора	35°
Расстояние обнаружения препятствия	от 20 мм до 40 мм
Рабочая температура	от -10 °С до +50 °С
Габаритные размеры	40 мм x 16 мм x 10 мм

Подключение инфракрасного датчика обнаружения препятствий

Распиновка инфракрасного датчика обнаружения препятствий представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Распиновка инфракрасного датчика обнаружения препятствий Arduino.

Для его подключения потребуются:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• провода типа «папа-мама»;
• инфракрасный датчик обнаружения препятствий;
• USB кабель для подключения платы Arduino к персональному компьютеру с установленной средой Arduino IDE.

Схема подключения инфракрасного датчика обнаружения препятствий к плате Arduino представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Подключение инфракрасного датчика обнаружения препятствий к Arduino UNO.

Схемы подключения инфракрасного датчика обнаружения препятствий к микроконтроллерам Arduino Uno, Arduino Nano или Arduino Mega принципиально ничем не отличаются.
Подключается инфракрасный датчик обнаружения препятствий к Arduino Uno следующим образом:

• GND — GND;
• VCC — 5V;
• OUT, вывод – к пину 2 (любой цифровой пин платы Arduino).

Контакт EN используется только при необходимости включать и выключать датчик удаленно. С помощью перемычки датчиком разрешается внешнее управление логическим сигналом, который позволяет переводить модуль в режим ожидания. Переключение в режим ожидания снижает потребление тока.

После сборки электрической схемы, необходимо загрузить управляющую программу (скетч) в микроконтроллер. Затем можно открыть монитор порта и понаблюдать за получаемыми значениями при появлении различных типов препятствий на разном расстоянии от датчика.

Применение

Датчик обнаружения препятствий используется в простых автоматических системах, в том числе с использованием микроконтроллеров, например, для подвижных роботов — его можно использовать в робототехнике для нахождения и объезда препятствий.

Другое применение датчика – счетчик оборотов или измеритель скорости вращения. В случае циклического линейного перемещения он применяется для определения скорости и позиции подвижной детали (датчик реагирует на отражение инфракрасного излучения в контролируемой зоне). Для измерения скорости вращения на подвижный элемент конструкции наносят широкие белые и черные полосы. Излучение датчика направляют на чередующиеся полосы. При вращении с выхода модуля будут поступать импульсы, частота которых будет говорить о скорости вращения.

FC-51 инфракрасный датчик препятствий для ARDUINO

FC-51 инфракрасный датчик препятствий для ARDUINO

Бесконтактный датчик FC-51 обнаруживает объекты в диапазоне расстояний почти от нуля и до установленного предела не вступая с ними в непосредственный контакт. 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 FC-51 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. FC-51 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 FC-51 низкого или высокого логического уровня.

Различное отражение и поглощение излучения различных материалов используются для работы воспринимающего узла тахометра. Предположим у нас есть двигатель. Требуется узнать количество оборотов в минуту вала двигателя. Нас выручит FC-51. 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 FC-51 может также работать в приборах не имеющих микроконтроллера.

Подключение модуля осуществляется от 3 выводов, где контакты VCC и GND служат для подачи питания на модуль, а через вывод OUT передается полученый сигнал с датчика.

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

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

Технические параметры датчика:

Напряжение питания, В 3,3 … 5

Дистанция обнаружения до отражающей белой матовой плоскости, м 0,02 … 0,3

Угол обнаружения, ° 35

Размеры, мм 43 х 16 х 7

Arduino с инфракрасным датчиком. Руководство для начинающих по проекту Arduino с… | Мариам Манзур | ILLUMINATION

Руководство для начинающих по проекту Arduino с ИК-датчиком

Фото с сайта Circuits-diy.com

Arduino UNO — это плата микроконтроллера, которая является мозгом любого электронного проекта. ИК-датчик, с другой стороны, является передатчиком и приемником инфракрасных лучей. В следующем проекте мы изучим принцип работы ИК-датчика, а затем его применение в качестве дискриминатора между черными и белыми поверхностями и как детектор препятствий с Arduino UNO.

Фото с сайта popuplearning.pk

ИК-датчик FC-51 излучает и обнаруживает инфракрасное излучение. ИК-излучение является частью электромагнитного спектра с большей длиной волны, чем у видимого света, и, как правило, невидимо для человеческого глаза.

ИК-датчик состоит из:

1. светодиода ИК-излучателя : излучает инфракрасный свет
2. ИК-приемник: фотодиод с сопротивлением, зависящим от количества падающего на него ИК-излучения
3. Регулятор расстояния: Изменяет расстояние обнаружения
4. Контакт Vcc: Обеспечивает входное напряжение 3–5 В
5. Контакт заземления: Вход заземления
6. Выходной контакт: 90 008 Передает выходной сигнал с датчика на Arduino
7. Светодиод препятствий: Включается при попадании света на ИК-приемник
8. Светодиод питания: Включается при подключении датчика к источнику напряжения

Фото с сайта http://qqtrading.com.my

Работа ИК-датчика:

Фото с https://osoyoo. com

По свойству света — свет, падающий на гладкую блестящую поверхность, отражается в определенном направлении, т. е. отражение — луч, посылаемый ИК-передатчиком, отражается от поверхности и падает на ИК-приемник . Впоследствии сопротивление приемника падает, и сигнал LOW/0 отправляется с вывода OUT на микроконтроллер.

изображение любезно предоставлено автором

Точно так же, когда посылаемый свет не отражается либо из-за отсутствия поверхности впереди, либо из-за того, что поверхность впереди поглощает свет, сопротивление приемника возрастает и

Сигнал 0007 HIGH/1 посылается выводом OUT на микроконтроллер.

изображение предоставлено автором

ИК-датчик, различающий черную (шероховатую) и белую (гладкую и отражающую) поверхность

изображение любезно предоставлено автором

ИК-датчик, обнаруживающий препятствие 020

Перемычки

Требования к программному обеспечению:

1. Arduino IDE
2. Скопируйте и вставьте код отсюда:

https://gist. github.com/Mariam-73/2e502980e632867167e8f25e5b16527d

Соединения:

Фото с http://qqtrading.com.my

Подключите ИК-датчик к Arduino с помощью перемычек следующим образом: 9 0005

1. Контакт Vcc на датчике к контакту 5V на Arduino
2. Контакт Gnd на датчике к контакту GND на Arduino
3. Выходной контакт на датчике к любому цифровому контакту на Arduino UNO (7 в этом примере)

Подключите Arduino к ноутбуку с помощью USB-кабель и загрузите код. Откройте серийный монитор для просмотра результатов.

Пример вывода последовательного монитора Arduino

изображение предоставлено автором

В приведенном выше мини-проекте было показано, как можно использовать ИК-датчик вдоль Arduino для обнаружения препятствий или различения отражающих и неотражающих поверхностей. ИК-датчик вместе с Arduino можно использовать во многих электронных проектах на основе датчиков, таких как автомобиль, следящий за линией, автомобиль, избегающий препятствий, и робот, управляющий жестами. Робототехник может учиться и внедрять инновации в электронику, изучая основы различных датчиков и Arduino и разрабатывая такие проекты.

Интерфейс ИК-датчика с Arduino

21 Декабрь

Автор: Саранья 0 комментариев 9954 просмотров Arduino

 

 

Излучатель представляет собой ИК-светодиод, а детектор представляет собой ИК-фотодиод. ИК-фотодиод чувствителен к ИК-свету, излучаемому ИК-светодиодом. Это основной принцип работы ИК-датчика. Когда ИК-передатчик излучает излучение, оно достигает объекта, и часть излучения отражается обратно к ИК-приемнику.

• Рабочее напряжение 5 В постоянного тока.
Контакты ввода/вывода
• совместимы с 5 В и 3,3 В.
• Диапазон: до 20 см.
• Регулируемый диапазон чувствительности.
• Встроенный датчик внешней освещенности.
• Ток питания 20 мА.
• Монтажное отверстие.

 

 

• ИК-датчик имеет три контакта (GND, V, OUT).
• Работает от 5В. Подключите контакт V датчика к Arduino 5v
• Контакт GND ИК подключен к GND Arduino
• Интерфейс OUT датчика со 2-м контактом Arduino

 

 

 

 

Ссылку на используемый образец кода можно найти здесь.

 

 

ШАГ 1:

 

Подключите кабель A-B к USB-порту компьютера и убедитесь, что порт обнаружен, установив флажок в диспетчере устройств.

 

 

ШАГ 2:

 

• Откройте два окна Arduino IDE, выберите Arduino UNO в качестве платы и выберите соответствующий COM-порт.
Плата
• : Инструменты > Плата > Arduino/Geniuno UNO.

 

 

ШАГ 3:

 

Порт: Инструменты > Порт в Arduino.

 

 

ШАГ 4:

 

• Скомпилируйте и загрузите эту программу на плату Arduino Uno через Arduino IDE
• Поместите объект перед ИК-датчиком приближения и наблюдайте за изменением состояния светодиода, подключенного к контакту 13 (светодиод на плате)
• Когда вы удалите объект, вы увидите, что он отключается.