Senzor de proximitate cu infraroșu pentru telefoane proxy sharp. Nu chiar „butonul” obișnuit. Senzor de proximitate IR. Video cu senzorul

Dispozitivul de astăzi va fi un senzor de proximitate cu infraroșu. Senzorul este asamblat pe un microcontroler Attiny13 ieftin, este ușor de fabricat și nu necesită nicio ajustare.

Video cu funcționarea senzorului:

Cum diferă un astfel de senzor de, să zicem, senzorii de mișcare fabricați din fabrică (care, apropo, au devenit foarte accesibili și ieftini)?

Principala diferență este domeniul de aplicare. Senzorii gata de fabricație sunt încă mai concentrați pe încăperi mari și controlul mișcării. În cazul nostru, senzorul este compact și proiectat mai mult pentru funcții de control de proximitate și este destinat înglobării în proiectele terminate.

Domeniul de utilizare poate fi extins:

- reacția obiectelor la apropierea unei mâini (de exemplu, jucării interactive, dispozitive automate);
- deschiderea dulapurilor, ușilor și altele asemenea atunci când se apropie o mână;
- aprinderea luminii la trecerea „punctului de control”;
— orientarea în spațiu a robotului (controlul pereților și obstacolelor);
— sisteme de control pentru mișcările mâinii;
- alarma;
— …

1 Principiul de funcționare.

Senzorul funcționează foarte simplu. Dispozitivul trimite impulsuri cu o anumită perioadă folosind un LED IR. Razele infraroșii sunt reflectate de obiect și primite de receptorul infraroșu TSOP. Există un obiect - există un semnal, nu există obiect - nu există semnal. Pentru a nu exista false pozitive de la telecomenzile de uz casnic, interferențe, impulsuri atunci când lumina este aprinsă, o anumită secvență de impulsuri este transmisă de către dispozitiv și la decodificarea TSOP, tot ceea ce nu se potrivește cu această secvență este aruncat. Dispozitivul nu are efect asupra aparatelor de uz casnic (controlate de telecomenzi IR), deoarece semnalul este relativ slab și modulat de o secvență care nu este folosită nicăieri.

2 Schema, bord.

Din punct de vedere structural, senzorul este deja asamblat. Esarfa s-a dovedit în diverse proiecte, așa că s-a decis să se facă și pe ea acest proiect.
O modificare minoră de proiectare este instalarea unui rezistor variabil pentru a regla sensibilitatea senzorului. Nu mai sunt modificări. Componentele utilizate în proiectare nu sunt critice pentru evaluări - le puteți folosi pe cele apropiate.

3 Firmware pentru microcontroler.

Pentru a intermite microcontrolerul (pe placă), trebuie să conectați programatorul la pinii corespunzători:

Vă reamintesc: pentru Algorithm Builder și UniProf, casetele de selectare sunt setate ca în imagine.
Pentru PonyProg, AVR Studio, casetele de selectare SinaProg sunt setate invers.
Octeți de siguranță: Scăzut=$7A, Ridicat=$FF
Cum să programați microcontrolerele citite

4 Caracteristici de design.

Unul dintre dezavantajele circuitului este dependența sensibilității senzorului de iluminarea generală. Acest lucru se datorează corectării automate a sensibilității de către TSOP însuși (astfel încât iluminarea străină să nu conducă receptorul în zona nefuncțională).

Acest efect poate fi redus în mai multe moduri:

- Pentru ca receptorul să primească mai puțină lumină străină, trebuie să îl plasați într-un tub opac (eu am folosit termocontractabil negru, după ce l-am micșorat pentru a obține pereți mai groși) și să închideți tubul pe o parte cu un dop opac (am umplut cu adeziv negru fierbinte) pe de altă parte, setându-l întuneric - filtru de lumină roșie. Acest design este protejat maxim de iluminarea indirectă, în timp ce sensibilitatea nu are de suferit, deoarece filtrul de lumină roșie are un bine permeabil pentru razele IR. De asemenea, este de dorit să plasați un LED IR în tub - acest lucru va reduce reflexiile laterale ale razelor infraroșii - capabil să dea rezultate false pozitive.

- O altă modalitate de a rezolva această problemă este să folosești corecția luminii, de exemplu, cel mai simplu este să folosești un fotorezistor în circuitul de control al sensibilității (în serie cu un rezistor de sensibilitate variabilă). Cu o iluminare mai puternică, curentul prin fotorezistor crește, ceea ce duce la o creștere a sensibilității și invers.

O alta recomandare, de data aceasta sa instalezi senzorul. Deoarece principiul senzorului se bazează pe recepția radiației reflectate, atunci când un obiect este aproape de un plan reflectorizant (de exemplu, un perete într-un coridor), reflexiile din plan vor oferi un fundal suplimentar care va reduce sensibilitatea generală. . În acest caz, încercați să plasați senzorul într-un unghi față de plan - acest lucru va direcționa razele reflectate în lateral (în cea mai mare parte).

5 Funcționarea senzorului.

După asamblarea senzorului, îl pornim. Pentru început, setăm sensibilitatea la mijloc, pornim senzorul, îl îndreptăm în direcția corectă și setăm sensibilitatea la un răspuns fiabil la obiectul de care avem nevoie.

Dacă în timpul funcționării controlului senzorului de la telecomandă de uz casnic va fi utilizat, trebuie să parcurgeți procedura de studiere a butonului (comanda) telecomenzii. Dispozitivul folosește un singur buton - răsturnând valoarea de declanșare. Pentru a studia butonul, este necesar să deconectați dispozitivul, „apăsați” pinul de ieșire TSOP (pinul de ieșire din diagramă) la pământ, porniți dispozitivul, eliberați pinul „Out” și apăsați butonul selectat pe telecomanda. Acum senzorul va începe să funcționeze normal.

Când mai mulți senzori sunt porniți la o distanță apropiată unul de celălalt (de exemplu, pentru a controla direcția de mișcare a unui obiect), senzorii vor interfera cu munca celuilalt, deoarece semnalele lor nu sunt sincronizate. Pentru a rezolva această problemă, se folosește ieșirea de inhibare IR „LED-Disable”. Pe toate dispozitivele, cu excepția unuia, acest știft trebuie să fie „presat” la „sol”. În acest caz, toți senzorii vor funcționa de la sursa de semnal infraroșu inferioară. Dacă un LED emițător nu este suficient, atunci puteți conecta LED-uri IR în paralel cu ieșirea dispozitivului emițător (fără a uita de rezistențele de balast).

In cazul functionarii in paralel a mai multor senzori, toti trebuie antrenati pe acelasi buton de pe telecomanda sau toti nu sunt antrenati.

6. Concluzii.

Schema are atât avantaje, cât și dezavantaje.

Pentru început, dezavantajele:
- Dependența dispozitivului (sensibilitatea) de luminozitatea luminii. Acest lucru este rezolvat, într-o oarecare măsură, dar problema există;
- Rezoluție scăzută (obiectele mici vor „funcționa” prost);
- Interval de răspuns scurt (prezența pereților și plafoanelor reflectorizante reduce raza de acțiune, deoarece acestea nu permit creșterea sensibilității - apar alarme false de la reflexii).

Iar pentru desert, beneficiile:
- Simplitatea designului (și dacă ați adunat deja o eșarfă înainte, nu trebuie să faceți absolut nimic!);
— Absența elementelor rare și costisitoare;
- Nu necesita ajustare.

După cum puteți vedea din videoclip, senzorul răspunde destul de sigur la mână la o jumătate de metru. Funcționează cu încredere de la telecomandă și nu interferează cu televizorul din apropiere. Consumul de curent este de 10 mA. Senzorul poate fi alimentat de la surse cu o tensiune de 3 până la 6 volți (unele TSOP-uri nu pot funcționa sub 5 volți - acest lucru trebuie luat în considerare).

Roboții, precum moartea, toți oamenii chiar au nevoie de organe de simț pentru a naviga în spațiu. Telemetrul în infraroșu Sharp GP2Y0A21YK este foarte potrivit pentru acest rol dacă trebuie să evitați obstacolele sau să știți unde este aproximativ obstacolul.

Apropo, este posibil să aveți deja acasă unul dintre roboții care folosește senzori similari. Acestea sunt aproape toate aspiratoare robot chinezești sănătoase și, cred, multe modele Roomba. Și probabil multe altele.

Și dacă acești senzori și-au găsit deja un loc în tehnologia mai mult sau mai puțin serioasă, atunci le vom găsi o întrebuințare, nu?

Pentru a nu prevarica, voi spune imediat: am comandat acești senzori nu doar pentru a mă juca. Dimpotriva, de la bun inceput am stiut ca imi vor fi de folos pentru a realiza o lampa interactiva care sa schimbe intensitatea stralucirii in functie de pozitia palmei deasupra acesteia.

Desigur, realitatea și-a făcut propriile ajustări și până la urmă. Cu alte cuvinte, ea are acum cinci moduri: lumină de noapte, lampă reglabilă, termometru, „Northern Lights” cu reglare manuală și automate Northern Lights.

Și în plus - câteva funcții de serviciu: pornirea și oprirea fundalului și iluminarea de deasupra capului în cameră.

Iată cum funcționează:

Ei bine, acum este momentul să vorbim mai mult despre senzor, datorită căruia s-a întâmplat totul.

După cum am spus la început, Sharp GP2Y0A21YK este un telemetru cu infraroșu. Aceasta înseamnă că este echipat cu un emițător IR și un receptor IR: primul servește ca sursă a unui fascicul, a cărui reflexie îl prinde pe al doilea. În același timp, razele IR ale senzorului sunt invizibile pentru ochiul uman (deși puteți distinge o pâlpâire roșie dacă priviți în senzor) și sunt inofensive la această intensitate.

De asemenea, nu au niciun efect asupra animalelor de companie.

Conform specificațiilor:

• Tensiune de alimentare: 5V
• Consum maxim de curent: 40 mA (tipic - 30 mA)
• Interval de operare: 10 cm - 80 cm

Iar dezavantajele sunt o rază mai scurtă (pentru HC-SR04 aproximativ 4 m) și dependența de interferențe externe, inclusiv anumite tipuri de iluminare. De exemplu, am văzut mențiuni că lumina soarelui poate afecta citirile senzorului.

Senzorul este livrat într-un kit Spartan, de ex. senzorul în sine și un cablu cu un conector pentru conectarea la senzor. Pe de altă parte, există doar fire cositorite, ceea ce nu este foarte convenabil pentru utilizare cu Arduino Uno, dar este destul de potrivit pentru controlere fără conectori lipiți. Deoarece plănuiam să folosesc senzorul cu Arduino Pro Mini, aceasta a fost o alegere bună - tocmai am lipit firele pe placa de breadboard.

Firele diferă în culoare: galben - semnal, negru - masă, roșu - putere plus (+ 5V).

Ieșirea senzorului este analogică (deși din anumite motive este scrisă în fișa de date - digitală). Adică, tensiunea de pe acesta este proporțională cu distanța până la obstacol. Cu toate acestea, ca și în cazul ultrasunetelor, există o diferență între diferitele tipuri de obstacole pentru senzor.

În acest sens, în fișa de date, Sharp furnizează date folosind carduri de referință Kodak cu o reflectanță de 90% ca reflectoare. Judecând după asta, la 20 cm senzorul produce 1,3V.

Să comparăm cu datele mele experimentale:

Vă reamintesc că intrarea analogică Arduino funcționează în intervalul 0V - 5V și are 1024 de trepte, de unde și calculul: (5/1024) * (citirile senzorului). Deci, dacă luăm în considerare faptul că fiecare are propriile mâini (tremurătoare), atunci citirile se încadrează perfect în caracteristicile senzorului. Și, în același timp, este clar că suprafața neagră își face propriile ajustări.

Deci strălucește

În același timp, după cum a observat cititorul atent, există și o specificitate. Concluzia este că atunci când obstacolul este mai aproape de limita inferioară a intervalului (10 cm), senzorul începe să considere că obstacolul, dimpotrivă, este îndepărtat (atunci când este acoperit cu o mână, citirile au fost fixate la 345 ).

Arata cam asa:

De aici concluzia: deși pentru multe scopuri fișa de date este destul de adecvată, uneori are sens să se efectueze experimente, astfel încât ulterior să nu fie chinuitor de dureros. Și acest lucru este valabil mai ales dacă senzorul este oarecum îngropat (sau acoperit cu un material transparent IR), ceea ce înseamnă că poate primi reflexii de la pereți sau alte elemente ale carcasei.

De exemplu, am întâlnit faptul că Evlampia, fiind instalată într-un loc obișnuit după efectuarea cu succes a testelor „desktop”, a început să o ia razna. La început, am crezut că interferența de putere este de vină și chiar am pus o pereche de condensatoare (10 uF și 0,1 uF) în paralel cu sursa de alimentare a senzorului, am tras intrarea analogică Arduino la zero printr-un rezistor de 10 kOhm și chiar am cumpărat un priză de protecție la supratensiune.

Dar când acest lucru nu a ajutat, s-a întors din nou la masă, unde a răsucit senzorul în diferite direcții și a văzut că, de fapt, chiar dacă distanța până la cel mai apropiat obstacol este mai mare de 80 cm, citirile senzorului se schimbă considerabil. Deci, dacă secțiile dumneavoastră sunt inadecvate - verificați mărturia reală în condiții reale.

Iată, de exemplu, o schiță elementară care, în primul rând, afișează citirile senzorului cu un interval de jumătate de secundă și, în al doilea rând, aprinde LED-ul Arduino dacă citirile se încadrează în intervalul de la 100 la 200:

// Galben - A0, Negru - pământ, Roșu - +5V nesemnat int l; void setup() ( Serial.begin(9600); pinMode(A0, INPUT); pinMode(13, OUTPUT); l = 0; ) void loop() ( l = analogRead(A0); Serial.println(l); întârziere (1000); dacă (l > 100 && l< 200) { digitalWrite(13, HIGH); } else { digitalWrite(13, LOW); } }

Pentru a rezuma, senzorul, deși puțin captivant, este foarte ușor de utilizat și relativ ieftin.

Îl poți folosi în roboți, precum și pentru a controla intersecția ușilor, în unele dispozitive interactive controlate prin gesturi și în altceva ce spune fantezia.