Оптические датчики для Arduino

Содержание

• Модуль фоторезистора KY-018
• Модуль инфракрасного светодиода KY-005 [4-5]
• Модуль ИК приемника KY-022
• Фотопрерыватель KY-010
• Модуль датчика пульса KY-039
• Модуль ИК датчика линии KY-033
• Модуль ИК дальномера KY-032
• Модуль датчика инфракрасного излучения KY-026 [24-25]
• Литература

Оптические датчики для платформы Ардуино. Типы, описание, характеристики. Подключение и испытание. Механические датчики были рассмотрены тут.

Модуль фоторезистора KY-018

Данный модуль представляет собой делитель напряжения, состоящий из фоторезистора и постоянного резистора сопротивлением 10 кОм [1-3]

Модуль имеет габаритный размер 30 x 14 мм и массу 1,2 г. Для подключения служит трехконтактный разъем. Центральный контакт – питание +5В, контакт «-» — общий, контакт «S» — информационный. Потребляемый ток 270 мкА.

При изменении освещенности происходит изменение сопротивления фоторезистора, что приводит к изменению уровня напряжения на сигнальном выводе модуля.

Если загрузить в Arduino программу AnalogInput2, то в мониторе последовательного порта среды разработки Arduino IDE можно наблюдать, как меняются показания, снимаемые с аналогового входа платы Arduino.

Модуль легко сделать глазом робота или датчиком освещенности умного дома.

Модуль инфракрасного светодиода KY-005 [4-5]

Модуль представляет собой инфракрасный светодиод без каких-либо дополнительных элементов, добавочного сопротивления на плате нет.

Модуль имеет габариты 35 х 15 мм и масса 1,3 г. Как понимает автор, подключение данного светодиода ничем не отличается от подключения обычного светодиода видимого диапазона. Центральный контакт модуля ни к чему не подключен, контакт «-» — общий, контакт «S» — информационный. Последовательно со светодиодом автор включал резистор сопротивлением 200 Ом, при этом ток, потребляемый светодиодом, составил 17 мА. Излучение данного светодиода глазом заметить невозможно.

При помощи матрицы фотоаппарата можно зарегистрировать излучение светодиода, для этого желательно установить чувствительность не меньше 800 ISO, отключить вспышку, максимально открыть диафрагму фотоаппарата и минимизировать окружающую засветку.

Модуль ИК приемника KY-022

Модуль приемника инфракрасного излучения имеет габариты 24 х 15 мм и массу 1,6 г и представляет собой печатную плату на которой располагается сам приемный модуль и красный светодиод с добавочным сопротивлением [6-7].

Модуль имеет три вывода: центральный немаркированный – питание +5В, контакт «-» — общий, контакт «S» — информационный. Потребляемый ток 200 мкА в режиме ожидания, 500 мкА с работающим светодиодом.

В момент приема инфракрасного сигнала светодиод на плате мигает, что достаточно удобно при отладке конструкций на макетной плате.

Для полноценного использования ИК-приемника можно воспользоваться библиотекой IRremote [8-10]. Для примера иллюстрирующего работу данного устройства можно использовать программу IR. В качестве источника сигналов можно использовать пульт дистанционного управления от телевизора.

Коды сигналов пульта телевизора

Аналогично модуль может принимать сигналы от пульта дистанционного управления светодиодной лампой.

При помощи этого датчика не сложно организовать многокомандное дистанционное управление в пределах прямой видимости, при расстоянии между приемником и передатчиком около 3-5 м.

Фотопрерыватель KY-010

В проектировании устройств с подвижными деталями может оказаться важным подсчитывать число оборотов или факт достижение деталью определенного положения. Подобное можно реализовать с помощью механических концевых выключателей или герконов, но эти элементы имеют механические подвижные части, а значит, будут со временем изнашиваться, залипать и т.п. Для аналогичных целей можно использовать оптопару KY-010 [11], которая не имеет подвижных частей, а поэтому более надежна.

Модуль фотопрерывателя имеет габариты 24 х 15 мм и массу 1,2 г

Данное устройство представляет собой инфракрасный светодиод с токограничительным резистором. Светодиод освещает фототранзистор, с коллектора которого и снимается полезный сигнал. Модуль имеет три вывода: центральный немаркированный – питание +5В, контакт «-» — общий, контакт «S» — информационный. Потребляемый ток 10 мА.

Модуль надежно срабатывает, будучи подключенным, вместо тактовой кнопки с программой LED_with_button [12].

Модуль датчика пульса KY-039

Данный модуль представляет собой печатную плату, на которой располагается инфракрасный фотодиод и фототранзистор. Теоретически опираясь на изменения прозрачности подушечки пальца данный модуль должен позволить определить частоту пульса [13-14].

Габаритные размеры модуля составляют 24 х 15 х 15 мм, масса1,4 г. Модуль имеет три контакта: центральный немаркированный – питание +5В, контакт «-» — общий, контакт «S» — информационный. Потребляемый ток 10 мА.

Как понимает автор, светодиод должен быть направлен на фототранзистор

По всей видимости, добиться адекватной работы от данного модуля непросто [15].

Впрочем, как оптопара он работает неплохо. Если загрузить в память микроконтроллера программу AnalogInput2, то можно наблюдать, что модуль надежно реагирует на пересечение инфракрасного луча. Впрочем, заметных колебаний показаний, которые можно связать с биением пульса, автор не зарегистрировал. В принципе показания изменяются однотипно, в не зависимости от того, что перекрывает поле зрения фототранзистора: подушечка пальца, мочка уха, лист бумаги, линейка.

Добиться работоспособности с демонстрационным кодом то же не получилось [16]. Таким образом, получается, что данный модуль это обычная оптопара, хотя, разумеется, автор может ошибаться.

Модуль ИК датчика линии KY-033

Данный модуль представляет собой печатную плату, на которой располагается инфракрасный фотодиод и фотоприемник [17-18]. По интенсивности отраженного инфракрасного сигнала модуль позволяет отличить черную поверхность от белой, что важно в классической задаче робототехники – изготовлении робота, движущегося вдоль линии.

Модуль имеет габариты 47 х 10 х 12 мм, масса 2,1 г. Для крепления модуля на плате предусмотрено два отверстия диаметром 3 мм на расстоянии 11 мм друг от друга. На плате располагаются инфракрасный светодиод и фотоприемник, разделенные непрозрачной перегородкой. Для регулирования чувствительности датчика на плате имеется подстроечный резистор. При срабатывании датчика зажигается красный светодиод.

Подстроечный резистор позволяет регулировать расстояние срабатывания от 25 до12 мм, считая от поверхности платы.

На модуле имеется трех контактный разъем: центральный «V+»– питание +5В, контакт «G» — общий, контакт «S» — информационный. В зависимости от интенсивности отраженного сигнала на информационном выходе меняется напряжение, что можно пронаблюдать, подключив модуль к порту A0 платы Arduino UNO (в память микроконтроллера загружена программа AnalogInput2).

Потребляемый модулем ток составляет около 15 мА, зажигание красного светодиода на плате датчика приводит к увеличению энергопотребления примерно на 1 мА.

В целом модуль оставляет приятное впечатление в сравнении с функционально аналогичным модулем от компании Амперка [19-20]. При меньшей цене этот модуль можно закрепить более надежно, подстроечный резистор удобнее регулировать, правда аналоговый датчик линии от компании Амперка заметно компактнее.

Модуль ИК дальномера KY-032

Модуль 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 срабатывания датчика.

Модуль имеет размер 45 х 16 х 12 мм, массу 4 г, в печатной плате модуля предусмотрено крепежное отверстие диаметром 3 мм. На плате имеется четырехконтактный разъем, через который осуществляется питание модуля и передача информации. Назначение выводов разъема следующее: «GND» — общий провод, «+»– питание +5В, «OUT» — информационный выход, «EN» — управление режимом работы. Для индикации подачи питания на датчик служит светодиод «Pled», при срабатывании загорается светодиод «Sled».

На информационном цифровом выходе «OUT» появляется низкий логический уровень, если в поле зрения датчика имеется препятствие, иначе на выходе высокий логический уровень. В этом можно убедиться, загрузив в память Arduino UNO программу AnalogInput2, тогда при срабатывании датчика в мониторе последовательного порта программы Arduino IDE будет наблюдаться следующая картина.

По данным продавцов [21-22], датчик может обнаруживать препятствия на расстоянии от 2 до 40 см. Автору настоящего обзора удалось добиться срабатывания датчика на расстоянии 5,5-3,5 см от белого препятствия (лист бумаги). Черную шероховатую поверхность (бокс CD-дисков) датчик не видит совсем, черную глянцевую поверхность датчик регистрирует расстояния около 2 см.

Согласно документации, для настройки частоты модуляции ИК-импульсов на частоту 38 кГц служит подстроечный резистор промаркированный 103, а для регулирования чувствительности датчика следует использовать подстроечный резистор промаркированный 507. как хорошо видно на предыдущих фотографиях на плате доставшейся автору оба переменных резистора имеют маркировку 103. Возможно это брак в данном конкретном устройстве. Может быть этим и объясняется малая дальность действия датчика.

Датчик потребляет ток 4-5 мА в рабочем режиме и 5-6 мА при срабатывании. Если настроить датчик на минимально расстояние срабатывания, то можно немного уменьшить ток потребления (примерно на 1 мА). На данной фотографии, также видно, сто при срабатывании датчика загорелся светодиод «Sled».

По описанию этого датчика вывод «EN» служит для управления режимом работы при снятой перемычке. При низком логическом уровне на входе «EN» датчик включен, при высоком логическом уровне модуль дальномера находится в спящем режиме с пониженным энергопотреблением.

Однако по наблюдениям автора при снятой перемычке, когда выход «EN» был ни к чему не подключен, потребляемый ток возрастал до 13,5 мА, при этом датчик переставал реагировать на препятствие. При надетой перемычке подача на «EN» низкого логического уровня (от гнезда «GND» платы Arduino UNO) привела к скачу потребления тока до 150 мА. При подаче на «EN» высокого логического уровня (от гнезда 3,3 В платы Arduino UNO) и снятой перемычке датчик работает как обычно. В общем, в этом режиме датчик вел себя как-то странно, хотя возможно дело в ошибках методики эксперимента, которые допустил автора настоящего обзора или в браке данного экземпляра датчика.

Таким образом, с одно стороны датчик можно использовать по назначению, однако по факту этот датчик не превосходит более простые ИК-датчики расстояния [23]

Модуль датчика инфракрасного излучения KY-026 [24-25]

Этот датчик предназначен для обнаружения мощных источников инфракрасного излучения, например открытого пламени.

Датчик имеет габариты 47 х 15 х 15 мм, массу 3 г, в печатной плате модуля предусмотрено крепежное отверстие диаметром 3 мм. Чувствительным элементом датчика является ИК-фотодиод. Регулировать чувствительность датчика можно многооборотным подстроечным резистором. Индикация питания осуществляется светодиодом L1.

При срабатывании датчика загорается светодиод L2. Датчик имеет четыре контакта. «A0» — аналоговый выход, выходное напряжение на котором меняется в зависимости от освещенности фотодиода (в память Arduino UNO была загружена программа AnalogInput2).

Выводы питания «G» — общий провод, «+»– питание +5В. На цифровом входе «D0» присутствует низкий логический уровень, если ИК-излучение не превышает заданного порога, при срабатывании датчика низкий уровень меняется на высокий.

Датчик уверенно реагирует на излучение лампы накаливания мощностью 40 Вт с расстояния около 0,5 м. На зажженную спичку датчик реагирует с расстояния около 10 см.

В дежурном режиме датчик потребляет около 5 мА, при срабатывании ток возрастает до 8-9 мА

В целом это достаточно простой и надежный датчик, однако если его использовать, как рекомендуют продавцы, в устройстве, типа автоматики контроля поджига и подачи топлива или в роботе-пожарном, то необходимо как следует продумать защиту датчика от воздействия открытого пламени.

Литература

1. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-fotorezistora
2. http://www.zi-zi.ru/module/module-ky018
3. http://robocraft.ru/blog/arduino/68.html
4. https://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-ik-svetodioda
5. http://www.zi-zi.ru/light/module-ky-005
6. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-ik-priemnika
7. http://www.zi-zi.ru/module/module-ky022
8. http://cxem.net/arduino/arduino127.php
9. http://роботехника18.рф/ик-приемник-ардуино-подключение/
10. http://robotclass.ru/tutorials/arduino-ir-remote-control/
11. http://www.zi-zi.ru/module/module-ky-010
12. http://robocraft.ru/blog/arduino/57.html
13. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-pulsa-_ik_
14. http://www.zi-zi.ru/module/module-ky039
15. http://forum.amperka.ru/threads/Датчик-пульса-подключение.6490/
16. https://tkkrlab.nl/wiki/Arduino_KY-039_Detect_the_heartbeat_module
17. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-linii
18. http://www.zi-zi.ru/module/modul-ky-033
19. http://amperka.ru/product/analog-line-sensor
20. http://2shemi.ru/analogovyj-datchik-linii/
21. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-dalnomera
22. http://www.zi-zi.ru/module/modul-ky-032
23. http://2shemi.ru/infrakrasnyj-datchik-prepyatstviya/
24. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-ognya
25. http://www.zi-zi.ru/module/modul-ky-026

Файлы и прошивки в общем архиве. Обзор прислал в редакцию сайта 2 Схемы — Denev.

Источник: 2shemi.ru