В данной статье рассмотрим подключение и работу с ИК-датчиком измерения расстояния SHARP GP2Y0A02YK0F.
В отличие от того же , данный датчик имеет гораздо более скромный диапазон измерений, но все равно обладает рядом полезных отличительных свойств. Например, данный датчик позволяет измерять расстояние даже через прозрачные поверхности (правда, теряя точность показаний, но все же).
Подключение датчика:
GND на любой из GND пинов--- ардуино
OUT на любой из аналоговых входов ардуино (в примерах подсоединено к A0)
VCC на + 5 вольт на ардуино
Основные технические характеристики:
Диапазон измерения расстояния: от 20 до 150 см
Аналоговый выход
Размеры: 29.5x13x21.6 мм
Потребление тока: 33 мА
Напряжение питания: от 4.5 до 5.5 В
Её необходимо распаковать и добавить в папку "libraries" в папке с Arduino IDE. Не забывайте перезагрузить среду, если на момент добавления IDEшка была открыта.
В чем особенность данной библиотеки и почему именно её рекомендуем к использованию? Ответ прост и кроется в принципе её работы. Для измерения расстояния используется множество замеров, из которых отбрасываются ошибочные, которые сильно отличаются от соседних. По утверждениям авторов - 12% всех показаний вносят 42% ошибки в итоговое значение расстояния, если не отбрасывать ошибочные измерения.
Перейдем к программному коду - примеру работы с датчиком (пример подойдет также для датчика GP2Y0A21Y, в коде необходимо будет изменить значение model на 1080):
Пример программного кода
#include
Роботам, как и смерть всем человекам очень нужны органы чувств, чтобы ориентироваться в пространстве. Инфракрасный дальномер Sharp GP2Y0A21YK очень подходит на эту роль, если вам требуется избегать столкновения с препятствиями или знать, где примерно это самое препятствие находится.
Кстати, возможно, у вас дома уже есть один из роботов, где используются похожие датчики. Это практически все вменяемые китайские роботы-пылесосы и, полагаю, многие модели Roomba. И, вероятно, многие другие.
А если уж этим сенсорам нашлось место в более-менее серьезной технике, то и мы найдем им применение, правда?
Чтобы не кривить душой, скажу сразу: я заказывал эти датчики не просто поиграться. Наоборот, с самого начала знал, что они мне пригодятся, чтобы сделать интерактивную лампу, которая меняет интенсивность свечения в зависимости от положения ладони над ней.
Конечно, реальность внесла свои коррективы и в итоге . Иными словами, у нее теперь пять режимов: ночник, светильник с регулировкой яркости, термометр, «северное сияние» с ручной регулировкой и автоматическое северное сияние.
А кроме того - пара сервисных функций: включение и выключение фонового и верхнего освещения в комнате.
Вот как это работает:
Ну а теперь самое время подробнее рассказать о датчике, благодаря которому все и случилось.
Как я говорил в самом начале, Sharp GP2Y0A21YK - это инфракрасный дальномер. А значит, он оснащен ИК-излучателем и ИК-приемником: первый служит источником луча, отражение которого ловит второй. При этом ИК-лучи датчика для человеческого глаза невидимы (хотя можно различить красное мерцание, если посмотреть в датчик) и при такой интенсивности безвредны.
На домашних животных они так же не оказывают никакого влияния.
Согласно характеристики такие:
- Напряжение питания: 5В
- Максимальный потребляемый ток: 40 мА (типичный - 30 мА)
- Диапазон работы: 10 см - 80 см
А недостатки - меньший радиус действия (у HC-SR04 порядка 4 м) и зависимость от внешних помех, в том числе - некоторых типов освещения. Я, к примеру, встречал упоминания, что солнечный свет может влиять на показания датчика.
Датчик поставляется в спартанском комплекте, т.е. сам датчик и кабель с разъемом для подключения к датчику. На другой стороне - просто залуженные провода, что не очень удобно для использования с Arduino Uno, но вполне подходит для контроллеров без распаянных разъемов. Так как я планировал использовать датчик с Arduino Pro Mini, это был вполне подходящий вариант - провода просто запаял в макетную плату.
Провода различаются по цвету: желтый - сигнал, черный - земля, красный - плюс питания (+5В).
Выход датчика аналоговый (хотя в даташите почему-то написано - цифровой). То есть, напряжение на нем пропорционально расстоянию до препятствия. Вместе с тем, как и в случае с ультразвуком, для датчика есть разница между разными типами препятствий.
В связи с этим в даташите Sharp приводит данные при использовании в качестве отражателей эталонных карточек Kodak с коэффициентом отражения 90%. Судя по нему, на 20 см датчик выдает 1.3В.
Давайте сравним с моими экспериментальными данными:
Напоминаю, что аналоговый вход Arduino работает в диапазоне 0В - 5В и имеет 1024 ступеней, отсюда расчет: (5/1024)*(показания датчика). Так что если учесть то, что все своими (дрожащими) руками, то показания вполне вписываются в характеристики датчика. И заодно видно, что черная поверхность вносит свои коррективы.
Так он светит
Вместе с тем, как заметил внимательный читатель, есть и специфика. Суть в том, что когда препятствие находится ближе нижней границы радиуса действия (10 см), датчик начинает считать, что препятствие, наоборот, удаляется (когда накрыл рукой показания зафиксировались на 345).
Примерно так это выглядит:
Отсюда вывод: хотя для многих целей даташит вполне адекватен, иногда имеет смысл провести эксперименты, чтобы потом не было мучительно больно. И это особенно актуально, если датчик несколько заглублен (или закрыт ИК-прозрачным материалом), а значит, может получать отражения от стенок или других элементов корпуса.
Например, я столкнулся с тем, что Евлампия, будучи установленной на штатном месте после успешно проведенных «настольных» тестов, стала сходить с ума. Сначала я думал, что виноваты помехи по питанию и даже поставил параллельно питанию датчика пару конденсаторов (10 мкФ и 0.1 мкФ), подтянул аналоговый вход Arduino к нулю через резистор 10 кОм и даже купил сетевой фильтр-розетку.
Но когда это не помогло, то снова вернулся на стол, где покрутил датчик в разные стороны и увидел, что по факту даже если расстояние до ближайшего препятствия больше 80 см, показания датчика заметно меняются. Так что если ваши подопечные будут неадекватны - проверяйте фактические показания в реальных условиях.
Вот, например, элементарный скетч, который, во-первых, с интервалом в полсекунды выводит показания датчика, а, во-вторых, зажигает светодиод Arduino, если показания попадают в диапазон от 100 до 200:
// Желтый - A0, Черный - земля, Красный - +5В unsigned int l; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(A0, INPUT); pinMode(13, OUTPUT); l = 0; } void loop() { l = analogRead(A0); Serial.println(l); delay(1000); if (l > 100 && l < 200) { digitalWrite(13, HIGH); } else { digitalWrite(13, LOW); } }
Если подводить итог, то датчик, хотя и немного капризен, очень прост в использовании и относительно дешев.
Использовать его можно в роботах, а также для контроля пересечения дверных проемов, в каких-нибудь интерактивных устройствах, управляемых жестами и в чем-то, что еще подскажет фантазия.
Планирую купить +32 Добавить в избранное Обзор понравился +38 +67 Инфракрасный датчик расстояния Sharp GP2Y0A является популярным выбором для различных проектов на базе Arduino, которым требуется точное измерение расстояния.В датчиках Sharp установлен инфракрасный (IR) светодиод (LED) с линзой, который излучает узкий световой луч. Отраженный от объекта луч направляется через другую линзу на позиционно-чувствительный фотоэлемент (Position-Sensitive Detector, PSD). От местоположения падающего на PSD луча зависит его проводимость. Проводимость преобразуется в напряжение и, к примеру, оцифровывая его аналого-цифровым преобразователем микроконтроллера, можно вычислить расстояние.
Выход инфракрасного датчика расстояния Sharp обратно пропорциональный - с увеличением расстояния его значение медленно уменьшается. Вид графика зависимости между расстоянием и напряжением.
Датчики, в зависимости от их типа, имеют границы измерения, в пределах которых их выход может быть признан надежным. Измерение максимального реального расстояния ограничивают два фактора: уменьшение интенсивности отраженного света и невозможность PSD регистрировать незначительные изменения местоположения отображенного луча. В целом график зависимости между расстоянием и напряжением не является линейным, однако в пределах допустимых расстояний график обратной величины выходного напряжения и расстояния к линейности приближается достаточно близко, и с его помощью довольно просто получить формулу для преобразования напряжения в расстояние. Для нахождения такой формулы необходимо точки этого графика ввести в какую-либо программу обработки табличных данных и из них создать новый график. В программе обработки табличных данных на основе точек графика возможно автоматически вычислить линию тренда. Например, для датчика GP2Y0A021YK0F:
Технические характеристики инфракрасного дальномера Sharp
Рабочее напряжение: 4,5 - 5,5 В; Максимальный потребляемый ток: 40 мА (типичный - 30 мА); Тип выходного сигнала: аналоговый; Дифференциальное напряжение, большее диапазона распознавания расстояния: 2,0 В; Время отклика: 38 ± 10 мс Диапазон работы: Датчик GP2Y0A41SK0F: 4 - 30 см; Датчик GP2Y0A021YK0F: 10 см - 80 см; Датчик GP2Y0A02YK0F: 20 см - 150 см;Пример использования
Создадим пример подсчета посетителей магазина. Упростим задачу, предполагая, что вход осуществляется через неширокую дверь, и для входа и выхода разные двери. На входе ставим инфракрасный дальномер Sharp GP2Y0A21YK0F (20-150 cм) таким образом, чтобы при прохождении человека показания имели значения 10 – 50 см, при отсутствии людей 80 см. При обнаружении посетителя увеличиваем счетчик подсчета посетителей. Данные выводим на графический дисплей Nokia 5110. Для отображения информации с датчиков будем использовать ЖК-дисплей Nokia 5110. Это графический монохромный дисплей с разрешением 84×48 точек. Дисплей Nokia 5110 поставляется на плате в паре с контроллером PCD8544 и штыревым разъемом. Электропотребление дисплея позволяет питать его от выхода +3.3 В платы Arduino.Для проекта нам понадобятся следующие детали:
плата Arduino Uno
макетная плата (Breadboard Half)
инфракрасный датчик расстояния sharp GP2Y0A21YK0F
дисплей Nokia 5110
соединительные провода
Соберем схему, показанную на рисунке.
Запустим Arduino IDE. Создадим новый скетч и внесем в него следующее содержимое: //Инфракрасный датчик расстояния //сайт // подключение библиотек для работы с дисплеем Nokia #include #include // Nokia 5110 // pin 3 - Serial clock out (SCLK) // pin 4 - Serial data out (DIN) // pin 5 - Data/Command select (D/C) // pin 6 - LCD chip select (CS) // pin 7 - LCD reset (RST) Adafruit_PCD8544 display = Adafruit_PCD8544(3, 4, 5, 6, 7); // аналоговый пин для подключения выхода Vo сенсора const int IRpin = A0; // переменные int value1; // для хранения аналогового значения unsigned long timevisitors; // время прохождения int count_visitors=0; // переменная подсчета посетителей void setup() { // запуск последовательного порта Serial.begin(9600); Serial.println("start"); // инициализация дисплея display.begin(); // установить контраст фона экрана display.setContrast(60); display.clearDisplay(); // очистить экран display.setTextSize(1); // размер шрифта display.setTextColor(BLACK); // цвет // заставка display.setCursor(5,15); display.print("Visitors: 0"); display.display(); delay(2000); } void loop() { // получаем сглаженное значение и переводим в напряжение value1=irRead(); if(value1>50) // фиксация прохождения { timevisitors=millis(); while(irRead()>50) ; if(millis()-timevisitors>300) // > минимального времени прохождения { Serial.println("passage!!!"); count_visitors=count_visitors+1; // увеличение счетчика // вывод в монитор последовательного порта Serial.print("count_visitors="); Serial.println(count_visitors); // вывод на дисплей display.clearDisplay(); display.setCursor(5,15); display.print("Visitors: "); display.print(count_visitors); display.display(); } } delay(200); } // Усреднение нескольких значений для сглаживания int irRead() { int averaging = 0; // переменная для суммирования данных // Получение 5 значений for (int i=0; i<5; i++) { value1 = analogRead(IRpin); // значение сенсора переводим в напряжение float volts = analogRead(IRpin)*0.0048828125; // и в расстояние в см int distance=32*pow(volts,-1.10); averaging = averaging + distance; delay(55); // Ожидание 55 ms перед каждым чтением } value1 = averaging / 5; // усреднить значения return(value1); } Работать с сенсорами SHARP очень просто - достаточно подключить к нему питание и завести вывод Vo на аналоговый вход Arduino. Значение получаемой функции analogRead представляет собой целое число от 0 до 1023. Таким образом, чтобы узнать напряжение на выходе сенсора, необходимо значение на аналоговом входе Arduino умножить на 0,0048828125 (5 В / 1024). Расстояние вычисляем по формуле distance=volts*0.0001831-0.003097. При чтении данных, при каждой итерации цикла, иногда приходят разные значения сигнала при одном и том же расстоянии. Датчик передает сигнал на аналоговый порт с некоторой амплитудой и иногда в момент считывания данных значение оказывалось отличным от нормального, потому что итерация приходится на провал. Для сглаживания значений, получаемых с дальномера используем функцию irRead(). Датчик обнаруживает попадание объекта в дверной проем. Далее ожидаем окончания прохода. Если это время больше минимального времени прохода (отсечение взмаха руки, пролет предмета и пр.) инкрементируем счетчик посетителей и выводим данные в последовательный порт и на дисплей. Для работы с дисплеем Nokia 5110 нам понадобятся Arduino библиотеки Adafruit_GFX и Adafruit_PCD8544.
Часто задаваемые вопросы FAQ
1. На дисплей не выводится информация- Проверьте правильность соединения всех проводов, согласно схеме на рисунке 5.
- Проверьте подсоединение модуля sharp;
- Проверьте срабатывание обнаружения датчиком в мониторе последовательного порта.
Лазерный дальномер инфракрасного диапазона излучает энергию в диапазоне, невидимом человеческим глазом. Он является лазерным устройством, относящимся к классу 1 в соответствии с требованиями Управления контроля продукции и лекарств США, 21 CFR 1040.10-11. Маркировка соответствия лазера требованиям FDA, закреплена на корпусе системы CMS Wireless. На этой маркировке указываются также модель, серийный номер и дата изготовления.
К классу 1 относятся лазеры, которые в нормальных рабочих условиях не могут причинить человеку вреда. При нормальной установке человек может смотреть на лазерный луч без очков или в своих обычных очках (Не смотрите на лазерный луч, когда система включена – стандартная мера предосторожности).
Лазер остается в возбужденном состоянии, пока команды LASER TEST или START SURVEY продолжают быть выбраны в программном обеспечении контроллера. Когда лазер находится в возбужденном состоянии, на экран контроллера выводятся расстояния и другие данные.
Красный светодиод на панели управления, находящейся в ящике контроллера, постоянно горит при включенной системе независимо от того, возбужден ли лазер или нет.
В состав лазерной сканирующей головки входят лазерный дальномер и узел захвата (рисунок 7.2, рисунок 7.3).
| |
Рисунок 7.2 - Сканирующая головка
Рисунок 7.3 - Внешний вид лазерной сканирующей головки
Рисунок 7.4 - Установка VIP в подземных условиях
Рисунок 7.5 - Установка штанг и мачт в подземных условиях
Рисунок 7.6 - Ввод сканера в полость в подземных условиях
Таблица 33 -Технические характеристики
| Лазерная сканирующаяголовка | |
| Дальность измерения цели с 20 – процентным отражением | 350 м. |
| Дальность измерения до белой стены | 650 м |
| Диапазон угла вращения | 0 - 360º |
| Диапазон угла наклона | 0 – 145º |
| Линейная точность измерения | -+2 см в диапазоне рабочих температур |
| Разрешающая способность | 1 см |
| Угловая точность измерения | -+ 0,3º |
| Максимальная скорость вращения | 21º/с |
| Длина волны | 905 нм (в инфракрасном диапазоне), 635 нм (в оптическом диапазоне). |
| Отклонение лазерного луча | 5 мрад |
| Мах кол-во отсчетов | 100 000 (для каждой съемки) |
| Опорная конструкция | |
| Материалы | Углепластик, стыковочные узлы из полиэтилена высокой плотности, зажимы из нержавеющей стали. |
| Длина штанги | 2-9 м, регулируется |
| Кол-во штанговых секций | 5 конических по 2 м каждая |
| Длина опор мачты (2 шт) | 2-5 м, регулируется |
| Кол-во мачтовых надставок | 5 (различной длины) |
| Питание (внешние батареи) | |
| Напряжение | Номинально 24 В |
| Емкость | 7.2 А/ч, номинально 24 В |
| Потребляемая мощность | 2.5 А, номинально 24 В |
| Внешние условия | |
| Рабочая температура | Дальномер (- 10º до +50º), указатель (0º до 40º) |
| Температура хранения | От –20 до +50º |
| Влажность воздуха | От 0 до 95%, без конденсата |
| Размеры | |
| Блок питания (мм) | 270 * 247 * 175 |
| Вес, кг | 8.3 |
| Мачта (мм) | 2290*230*250 |
| Секция штанги (мм) | 1930*200*250 |
| Вес, кг | 44.5 |
| Безопасность для глаз | |
| Указатель | 2 класс |
| Дальномер | 1 класс |
| Устройство вертикального ввода в полость (VIP) | |
| Компоненты | 25 алюминиевых стержней (около 1.5 метра каждый) |
| 1 адаптер сканирующей головки | |
| 2 центрирующие пружинные системы | |
| 1 соединительный кабель, около 41 метра |
Съемка CMS используется в тех случаях, куда доступ человека опасен, и невозможен визуальный контроль. Съемка дает абсолютно точное, привязанное к системе координат положение пустот, что в свою очередь дает возможность рационального, точного и правильного проектирования дальнейшего использования или погашения этих пустот.
