อุปกรณ์ในวันนี้จะเป็นเซ็นเซอร์ความใกล้ชิดอินฟราเรด เซ็นเซอร์นี้ประกอบบนไมโครคอนโทรลเลอร์ Attiny13 ราคาไม่แพง ง่ายต่อการผลิตและไม่จำเป็นต้องปรับแต่งใดๆ

วิดีโอแสดงการทำงานของเซ็นเซอร์:

เซ็นเซอร์ดังกล่าวแตกต่างจากเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวที่ผลิตจากโรงงานอย่างไร (ซึ่งโดยวิธีนี้สามารถเข้าถึงได้ง่ายและราคาไม่แพง)

ความแตกต่างที่สำคัญคือขอบเขต เซ็นเซอร์สำเร็จรูปยังคงเน้นที่มากขึ้น สถานที่ขนาดใหญ่และการควบคุมการเคลื่อนไหว ในกรณีของเรา เซ็นเซอร์มีขนาดกะทัดรัดและได้รับการออกแบบมากขึ้นสำหรับฟังก์ชันการควบคุมบริเวณใกล้เคียง และมีไว้สำหรับการรวมเข้ากับโครงการสำเร็จรูป

ขอบเขตการใช้งานสามารถครอบคลุมได้:

- ปฏิกิริยาของวัตถุต่อการเข้าใกล้ของมือ (เช่น ของเล่นแบบโต้ตอบ อุปกรณ์อัตโนมัติ)
- การเปิดตู้ ประตู ฯลฯ เมื่อมีมือเข้ามาใกล้
- เปิดไฟเมื่อผ่าน "ด่าน"
— การวางแนวของหุ่นยนต์ในอวกาศ (การควบคุมกำแพงและสิ่งกีดขวาง)
- ระบบควบคุมการเคลื่อนไหวของมือ
- เตือน;
— …

1 หลักการทำงาน

เซ็นเซอร์ทำงานง่ายมาก อุปกรณ์จะส่งพัลส์ในช่วงเวลาหนึ่งโดยใช้ IR LED รังสีอินฟราเรดที่สะท้อนจากวัตถุจะถูกรับโดยตัวรับอินฟราเรด TSOP มีวัตถุ - มีสัญญาณ ไม่มีวัตถุ - ไม่มีสัญญาณ เพื่อหลีกเลี่ยงการแจ้งเตือนที่ผิดพลาดจากรีโมทคอนโทรลในครัวเรือน การรบกวน หรือพัลส์เมื่อเปิดไฟ อุปกรณ์จะส่งลำดับพัลส์ที่แน่นอน และเมื่อถอดรหัส TSOP ทุกอย่างที่ไม่ตรงกับลำดับนี้จะถูกยกเลิก บน เครื่องใช้ในครัวเรือน(ควบคุมโดยใช้รีโมทคอนโทรล IR) อุปกรณ์ไม่มีผลใด ๆ เนื่องจากสัญญาณค่อนข้างอ่อนและถูกมอดูเลตตามลำดับที่ไม่ได้ใช้ทุกที่

2 โครงการคณะกรรมการ

โครงสร้างเซนเซอร์ถูกประกอบเรียบร้อยแล้ว ผ้าพันคอได้พิสูจน์ตัวเองเป็นอย่างดีในโครงการต่างๆ ดังนั้นจึงตัดสินใจนำผ้าพันคอโครงการนี้ไปใช้เช่นกัน
การเปลี่ยนแปลงการออกแบบเล็กน้อยคือการติดตั้งตัวต้านทานแบบปรับค่าได้เพื่อปรับความไวของเซ็นเซอร์ ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอีกต่อไป ส่วนประกอบที่ใช้ในการออกแบบไม่สำคัญต่อการให้คะแนน - สามารถใช้ค่าที่ใกล้เคียงกันได้

3 เฟิร์มแวร์ไมโครคอนโทรลเลอร์

ในการแฟลชเฟิร์มแวร์ไมโครคอนโทรลเลอร์ (ในบอร์ด) คุณต้องเชื่อมต่อโปรแกรมเมอร์เข้ากับพินที่เกี่ยวข้อง:

คำเตือน: สำหรับ Algorithm Builder และ UniProf ให้ทำเครื่องหมายในช่องตามภาพ
สำหรับ PonyProg, AVR Studio, SinaProg ช่องทำเครื่องหมายจะถูกทำเครื่องหมายกลับกัน
ไบต์ฟิวส์: ต่ำ=$7A, สูง=$FF
อ่านวิธีตั้งโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์

4 คุณสมบัติการออกแบบ

ข้อเสียประการหนึ่งของการทำงานของวงจรคือการขึ้นอยู่กับความไวของเซ็นเซอร์ในการส่องสว่างทั่วไป สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการแก้ไขความไวอัตโนมัติโดย TSOP เอง (เพื่อให้แสงภายนอกไม่นำเครื่องรับเข้าสู่พื้นที่ไม่ทำงาน)

ผลกระทบนี้สามารถลดลงได้หลายวิธี:

— เพื่อให้แสงจากภายนอกตกบนตัวรับน้อยลง คุณต้องวางไว้ในหลอดทึบแสง (ฉันใช้หลอดหดด้วยความร้อนสีดำ ซึ่งก่อนหน้านี้ได้หดเพื่อให้ได้ผนังที่หนาขึ้น) และปิดท่อด้านหนึ่งด้วยจุกทึบแสง ( ฉันเติมกาวร้อนสีดำลงไป) และอีกอันทำให้เป็นสีเข้ม -กรองแสงสีแดง การออกแบบนี้ปกป้องจากแสงทางอ้อมได้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ในขณะที่ความไวไม่ลดลง เนื่องจากฟิลเตอร์สีแดงมีความโปร่งใสสูงสำหรับรังสี IR ขอแนะนำให้วาง IR LED ไว้ในหลอด ซึ่งจะช่วยลดการสะท้อนด้านข้างของรังสีอินฟราเรด ซึ่งอาจทำให้เกิดสัญญาณเตือนที่ผิดพลาดได้

— อีกวิธีหนึ่งในการแก้ปัญหานี้คือการใช้การแก้ไขการส่องสว่าง เช่น วิธีที่ง่ายที่สุดคือการใช้โฟโตรีซีสเตอร์ในวงจรปรับความไว (ต่ออนุกรมกับตัวต้านทานความไวแบบแปรผัน) ด้วยแสงที่สว่างกว่า กระแสผ่านโฟโตรีซีสเตอร์จะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้ความไวเพิ่มขึ้นและในทางกลับกัน

คำแนะนำอีกอย่าง คราวนี้เรื่องการติดตั้งเซนเซอร์ เนื่องจากหลักการของเซนเซอร์ขึ้นอยู่กับการรับรังสีสะท้อน เมื่อวัตถุอยู่ใกล้กับระนาบการสะท้อน (เช่น ผนังในทางเดิน) การสะท้อนจากระนาบจะทำให้เกิดพื้นหลังเพิ่มเติมที่จะลดความไวโดยรวม ในกรณีนี้ ให้ลองวางเซ็นเซอร์ทำมุมกับระนาบ ซึ่งจะส่งผลให้รังสีที่สะท้อนไปด้านข้าง (โดยส่วนใหญ่)

5 การทำงานของเซ็นเซอร์

หลังจากประกอบเซ็นเซอร์แล้ว เราก็นำไปใช้งานได้ ขั้นแรก เราตั้งค่าความไวไว้ที่กึ่งกลาง เปิดเซ็นเซอร์ ชี้ไปในทิศทางที่ต้องการ และใช้ความไวเพื่อตั้งค่าการตอบสนองที่เชื่อถือได้ต่อวัตถุที่เราต้องการ

หากจะใช้การควบคุมจากรีโมทคอนโทรลในครัวเรือนเมื่อใช้งานเซ็นเซอร์ คุณจะต้องทำตามขั้นตอนการเรียนรู้ปุ่ม (คำสั่ง) ของรีโมทคอนโทรล อุปกรณ์ใช้เพียงปุ่มเดียว - รีเซ็ตค่าทริกเกอร์ หากต้องการศึกษาปุ่ม คุณจะต้องยกเลิกการจ่ายพลังงานของอุปกรณ์ โดย "กด" พินเอาต์พุต TSOP (ในแผนภาพคือพิน "Out") ลงกราวด์ เปิดอุปกรณ์ ปล่อยพิน "Out" แล้วกดปุ่มที่เลือก ปุ่มควบคุมระยะไกล ตอนนี้เซ็นเซอร์จะเริ่มทำงานตามปกติ

เมื่อมีการเปิดเซ็นเซอร์หลายตัวในระยะใกล้กัน (เช่น เพื่อควบคุมทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ) เซ็นเซอร์จะรบกวนการทำงานของกันและกัน เนื่องจากสัญญาณของเซ็นเซอร์จะไม่ซิงโครไนซ์ เพื่อขจัดปัญหานี้ จึงมีการใช้เอาท์พุตการห้ามอินฟราเรด “LED-Ban” บนอุปกรณ์ทั้งหมดยกเว้นเครื่องเดียว จะต้อง "กด" พินนี้ลงกราวด์ ในกรณีนี้ เซ็นเซอร์ทั้งหมดจะทำงานจากแหล่งสัญญาณอินฟราเรดด้านล่าง หาก LED เปล่งแสงอันเดียวไม่เพียงพอ คุณสามารถเชื่อมต่อ IR LEDs ขนานกับเอาต์พุตของอุปกรณ์เปล่งแสงได้ (โดยไม่ลืมตัวต้านทานบัลลาสต์)

ในกรณีของการทำงานแบบขนานของเซ็นเซอร์หลายตัว เซ็นเซอร์ทั้งหมดจะต้องได้รับการฝึกฝนบนปุ่มควบคุมระยะไกลเดียวกัน ไม่เช่นนั้นจะต้องไม่ได้รับการฝึกฝนทั้งหมด

6 ข้อสรุป

การดำเนินงานของโครงการมีทั้งข้อดีและข้อเสีย

ก่อนอื่นข้อเสีย:
— การพึ่งพาการทำงานของอุปกรณ์ (ความไว) กับความสว่างของแสง สิ่งนี้กำลังได้รับการแก้ไขในระดับหนึ่ง แต่ปัญหาอยู่ตรงนั้น
— ความละเอียดต่ำ (วัตถุขนาดเล็กจะ "ทำงาน" ได้ไม่ดี)
— ช่วงการตอบสนองสั้น (การมีผนังและเพดานสะท้อนแสงจะลดช่วงเนื่องจากไม่อนุญาตให้เพิ่มความไว - สัญญาณเตือนที่ผิดพลาดจากการสะท้อนจะปรากฏขึ้น)

และสำหรับของหวาน – ข้อดี:
— ความเรียบง่ายของการออกแบบ (และหากคุณเคยประกอบผ้าพันคอมาก่อน คุณไม่จำเป็นต้องทำอะไรเลย!);
- ไม่มีองค์ประกอบที่หายากและมีราคาแพง
- ไม่ต้องปรับ.

อย่างที่คุณเห็นจากวิดีโอ เซ็นเซอร์จะตอบสนองต่อมือได้อย่างน่าเชื่อถือภายในระยะครึ่งเมตร ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือจากรีโมทคอนโทรล และไม่รบกวนทีวีที่อยู่ใกล้เคียง การบริโภคปัจจุบันอยู่ภายใน 10mA เซ็นเซอร์สามารถจ่ายพลังงานจากแหล่งจ่ายที่มีแรงดันไฟฟ้า 3 ถึง 6 โวลต์ (TSOP บางตัวไม่สามารถทำงานต่ำกว่า 5 โวลต์ได้ - ต้องคำนึงถึงสิ่งนี้ด้วย)

หุ่นยนต์ก็เหมือนกับความตาย ทุกคนจำเป็นต้องมีอวัยวะรับความรู้สึกเพื่อนำทางในอวกาศ เครื่องวัดระยะอินฟราเรด Sharp GP2Y0A21YK เหมาะมากสำหรับบทบาทนี้หากคุณต้องการหลีกเลี่ยงการชนกับสิ่งกีดขวางหรือรู้ว่าสิ่งกีดขวางนี้อยู่ที่ใด

อีกอย่าง คุณอาจมีหุ่นยนต์ตัวหนึ่งที่บ้านที่ใช้เซ็นเซอร์ที่คล้ายกันอยู่แล้ว เหล่านี้เป็นเครื่องดูดฝุ่นหุ่นยนต์จีนเกือบทั้งหมดที่มีสติและฉันเชื่อว่ามี Roomba หลายรุ่น และคงมีอีกหลายคน

และถ้าเซ็นเซอร์เหล่านี้เข้ามามีบทบาทในเทคโนโลยีที่จริงจังไม่มากก็น้อย เราก็จะพบว่ามีประโยชน์สำหรับพวกมันใช่ไหม?

เพื่อไม่ให้เกิดความเสื่อมเสีย ฉันจะพูดทันที: ฉันสั่งเซ็นเซอร์เหล่านี้ไม่ใช่แค่เพื่อล้อเล่นเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม ตั้งแต่แรกเริ่ม ฉันรู้ว่ามันจะมีประโยชน์สำหรับฉันในการสร้างโคมไฟแบบโต้ตอบที่เปลี่ยนความเข้มของแสงเรืองแสง ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของฝ่ามือที่อยู่เหนือโคมไฟ

แน่นอนว่าในที่สุดความเป็นจริงก็ปรับเปลี่ยนตัวเองในที่สุด กล่าวอีกนัยหนึ่ง ตอนนี้มีห้าโหมด: แสงกลางคืน, ไฟหรี่แสงได้, เครื่องวัดอุณหภูมิ, แสงเหนือที่ปรับได้ด้วยตนเอง และแสงเหนืออัตโนมัติ

นอกจากนี้ - ฟังก์ชั่นบริการสองสามอย่าง: การเปิดและปิดพื้นหลังและไฟเหนือศีรษะในห้อง

นี่คือวิธีการทำงาน:

ตอนนี้เป็นเวลาที่จะพูดคุยรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเซ็นเซอร์ซึ่งทุกอย่างเกิดขึ้น

อย่างที่ฉันบอกไปแล้วในตอนต้น Sharp GP2Y0A21YK เป็นเครื่องวัดระยะอินฟราเรด ซึ่งหมายความว่ามีการติดตั้งตัวส่งสัญญาณ IR และตัวรับสัญญาณ IR: อันแรกทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของลำแสงซึ่งแสงสะท้อนจะถูกจับโดยวินาที ในเวลาเดียวกัน รังสีอินฟราเรดของเซ็นเซอร์จะมองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ (แม้ว่าคุณจะมองเห็นการกะพริบสีแดงได้หากคุณมองเข้าไปในเซ็นเซอร์) และที่ความเข้มขนาดนี้ก็ไม่เป็นอันตราย

อีกทั้งยังไม่มีผลกระทบต่อสัตว์เลี้ยงอีกด้วย

ตามลักษณะ:

• แรงดันไฟฟ้า: 5V
• การสิ้นเปลืองกระแสไฟสูงสุด: 40 mA (ทั่วไป - 30 mA)
• ระยะการใช้งาน: 10 ซม. - 80 ซม

ข้อเสียคือมีช่วงที่สั้นกว่า (HC-SR04 มีประมาณ 4 ม.) และขึ้นอยู่กับการรบกวนจากภายนอกรวมถึงแสงบางประเภท ตัวอย่างเช่น ฉันเคยเห็นการกล่าวว่าแสงแดดอาจส่งผลต่อการอ่านค่าของเซ็นเซอร์

เซ็นเซอร์มาในชุดสปาร์ตันเช่น ตัวเซ็นเซอร์และสายเคเบิลพร้อมขั้วต่อสำหรับเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ ในอีกด้านหนึ่งมีสายไฟกระป๋องซึ่งไม่สะดวกในการใช้งานกับ Arduino Uno แต่ค่อนข้างเหมาะสำหรับคอนโทรลเลอร์ที่ไม่มีขั้วต่อแบบบัดกรี เนื่องจากฉันวางแผนที่จะใช้เซ็นเซอร์กับ Arduino Pro Mini จึงค่อนข้างเป็นไปได้ ตัวเลือกที่เหมาะสม- ฉันเพียงแค่บัดกรีสายไฟเข้ากับเขียงหั่นขนม

สายไฟมีสีต่างกัน: สีเหลือง - สัญญาณ, สีดำ - กราวด์, สีแดง - กำลังบวก (+5V)

เอาต์พุตของเซ็นเซอร์เป็นแบบอะนาล็อก (แม้ว่าแผ่นข้อมูลจะบอกว่าเป็นดิจิทัลด้วยเหตุผลบางประการก็ตาม) นั่นคือแรงดันไฟฟ้าที่เป็นสัดส่วนกับระยะทางถึงสิ่งกีดขวาง อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับในกรณีของอัลตราซาวนด์ สำหรับเซ็นเซอร์มีความแตกต่างกัน ประเภทต่างๆอุปสรรค

ในเรื่องนี้ ในแผ่นข้อมูล Sharp ได้ให้ข้อมูลโดยใช้การ์ดอ้างอิง Kodak ที่มีการสะท้อนแสง 90% เป็นตัวสะท้อนแสง เมื่อพิจารณาจากเซ็นเซอร์ที่ระยะ 20 ซม. เซ็นเซอร์จะสร้าง 1.3V

มาเปรียบเทียบกับข้อมูลการทดลองของฉัน:

ฉันขอเตือนคุณว่าอินพุตอะนาล็อก Arduino ทำงานในช่วง 0V - 5V และมี 1,024 ขั้นตอน ดังนั้นการคำนวณ: (5/1024)*(การอ่านเซ็นเซอร์) ดังนั้นหากคุณคำนึงถึงความจริงที่ว่าทุกอย่างทำด้วยมือของคุณเอง (สั่นคลอน) การอ่านจะเข้ากับลักษณะของเซ็นเซอร์ได้ดี และในเวลาเดียวกันคุณจะเห็นว่าพื้นผิวสีดำมีการปรับเปลี่ยนในตัวมันเอง

มันจึงส่องแสง

ในขณะเดียวกัน ดังที่ผู้อ่านที่เอาใจใส่ได้สังเกตเห็นแล้วว่ามีความเฉพาะเจาะจง ประเด็นก็คือเมื่อสิ่งกีดขวางเข้าใกล้ขีดจำกัดล่างของช่วง (10 ซม.) เซ็นเซอร์จะเริ่มพิจารณาว่าในทางกลับกันสิ่งกีดขวางกำลังเคลื่อนตัวออกไป (เมื่อฉันเอามือปิดมัน การอ่านค่าได้รับการแก้ไขแล้ว ที่ 345)

หน้าตาประมาณนี้ครับ:

ดังนั้นข้อสรุป: แม้ว่าเอกสารข้อมูลจะค่อนข้างเพียงพอสำหรับวัตถุประสงค์หลายประการ แต่บางครั้งก็สมเหตุสมผลที่จะทำการทดลองเพื่อที่ภายหลังจะไม่เจ็บปวดอย่างเลือดตาแทบกระเด็น และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเซ็นเซอร์ค่อนข้างฝัง (หรือปิดด้วยวัสดุโปร่งใส IR) ซึ่งหมายความว่าสามารถรับแสงสะท้อนจากผนังหรือองค์ประกอบอื่นๆ ของตัวเครื่องได้

ตัวอย่างเช่น ฉันต้องเผชิญกับความจริงที่ว่า Evlampia ซึ่งได้รับการติดตั้งในตำแหน่งปกติหลังจากการทดสอบ "เดสก์ท็อป" ที่ประสบความสำเร็จก็เริ่มคลั่งไคล้ ตอนแรกฉันคิดว่าการรบกวนของแหล่งจ่ายไฟนั้นเป็นความผิดและยังติดตั้งตัวเก็บประจุสองตัว (10 µF และ 0.1 µF) ขนานกับแหล่งจ่ายไฟของเซ็นเซอร์ ดึงอินพุตอะนาล็อก Arduino ให้เป็นศูนย์ผ่านตัวต้านทาน 10 kOhm และยังซื้อไฟกระชากอีกด้วย ซ็อกเก็ตป้องกัน

แต่เมื่อสิ่งนี้ไม่ได้ช่วยอะไร เขาก็กลับมาที่โต๊ะอีกครั้ง โดยหมุนเซ็นเซอร์ไปในทิศทางต่างๆ และเห็นว่าในความเป็นจริง แม้ว่าระยะห่างจากสิ่งกีดขวางที่ใกล้ที่สุดจะมากกว่า 80 ซม. แต่การอ่านเซ็นเซอร์ก็เปลี่ยนไปอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นหากประจุของคุณไม่เพียงพอ ให้ตรวจสอบค่าที่อ่านได้จริงในสภาวะจริง

ตัวอย่างเช่น นี่คือภาพร่างเบื้องต้นที่ประการแรก แสดงการอ่านเซ็นเซอร์ในช่วงเวลาครึ่งวินาที และประการที่สอง เปิดไฟ LED Arduino หากการอ่านอยู่ในช่วงตั้งแต่ 100 ถึง 200:

// สีเหลือง - A0, สีดำ - พื้น, สีแดง - +5V int l ที่ไม่ได้ลงนาม; การตั้งค่าเป็นโมฆะ () ( Serial.begin (9600); pinMode (A0, INPUT); pinMode (13, OUTPUT); l = 0; ) void loop () ( l = analogRead (A0); Serial.println (l); ล่าช้า (1,000); ถ้า (l > 100 && l< 200) { digitalWrite(13, HIGH); } else { digitalWrite(13, LOW); } }

โดยสรุป เซ็นเซอร์แม้จะดูซับซ้อนเล็กน้อย แต่ก็ใช้งานง่ายมากและค่อนข้างถูก

สามารถใช้ในหุ่นยนต์ได้เช่นเดียวกับการควบคุมทางแยก ทางเข้าประตูในอุปกรณ์โต้ตอบบางประเภทที่ควบคุมด้วยท่าทางและในสิ่งอื่นที่จินตนาการของคุณแนะนำ