г. Москва, ул.Новороссийская, дом 21, к.64. м.Люблино,ПН-ПТ с 10.00 до 19.30 и СБ с 12.00 до 16.00
+7(985) 997-37-74
Инфракрасный датчик Sharp GP2Y0A21YK0F

Инфракрасный датчик Sharp GP2Y0A21YK0F

Регулируемый инфракрасный датчик от 10 до 80 см, на проводе
Цена490 руб.

Старая цена 690 руб.
Виды датчиков:
Датчики расстояния
Цена 490 руб.

Старая цена 690 руб.
Артикул:
S0049

Датчик для измерения расстояния. Главное отличие датчика Sharp от предыдущих приборов состоит в формировании на выходе аналогового сигнала, напряжение которого пропорционально расстоянию до препятствия. Здесь приемник ИК излучения, представляет собой матрицу светочувствительных элементов, закрытых линзой. Оптика светодиода GP2Y0A21YK0F создает узкий луч излучения.

Параметры

 Напряжение питания   4,5–5,5 В
 Максимальный ток потребления 30 мА
 Измеряемое расстояние  0,1–0,8 м
 Время измерения 38–48 мс
 Температура окружающего воздуха

при работе –10…60 ℃

хранение –40…70 ℃

 Размеры 29,5 x 13 x 13,5 мм  

 Триангуляция

 

Угол α напрямую зависит от расстояния L до объекта. Отраженный луч собирается высококачественной линзой и передается на светочувствительную матрицу. По засветке различных элементов матрицы определяется угол α.

 “Угол зрения” датчика GP2Y0A21YK0F можно представить в виде конуса с диаметром в средней части около 0,16 м. Чем дальше расположен объект, тем острее угол отражения.

 

Величина выходного сигнала зависит от облучаемых участков матрицы. Излучаемый и отраженный лучи образуют треугольник «светодиод – преграда – фотоприемник». В связи с этим такой метод оптического измерения получил название триангуляция

Подключение

На корпусе датчика находится вилка соединителя фирмы JST тип S3B-PH. Подключение можно сделать через фирменный жгут 3-Pin Female JST PH-Style Cable.

 

Здесь требуется микроконтроллер содержащий АЦП. Для точного измерения дистанции напряжение питания датчика Sharp GP2Y0A21YK0F и опорное напряжение АЦП должны поддерживаться с высокой точностью и должны быть очищенными от шумов. Учитывая что с выхода датчика сигнал поступает в диапазоне напряжений 0,5–3,2 В опорное напряжение АЦП должно быть 5 В. Преимуществом датчика с аналоговым выходом является простота использования. Данные датчика можно считать одной программной командой, в отличии от датчиков с цифровым интерфейсом где требуется отдельная подпрограмма для работы с протоколом интерфейса. Недостаток аналогового сигнала – восприимчивость к электромагнитным помехам. Для ликвидации этого недостатка жгут соединения должен быть как можно короче. Идеальный случай установка датчика на плате МК. Если этого сделать нельзя, то с жгутом датчика GP2Y0A21YK0F поступают следующим образом. Провода питания переплетают в витую пару. На сигнальный провододевают экран. Конец экрана находящийся у модуля МК соединяют проводом с линией общего провода питания. Пайку провода от экрана выполняют вблизи вывода МК соединяющего МК с общим. В точках подключения датчика к питанию устанавливают керамические конденсаторы.

Нелинейность выходного сигнала Исследуем датчик с помощью Arduino. В программе Arduino данные с аналогового входа считываются с помощью стандартной функции analogRead.  Диапазон входного напряжения от 0 до 5 В проецируется на диапазон значений от 0 до 1023. Чтобы узнать напряжение на выходе датчика необходимо данные АЦП умножить на 0,0048828125 (5 В / 1024). Программа передающая напряжение с выхода датчика Sharp GP2Y0A21YK0F в последовательный порт буде выглядеть так.

int IRpin = 0; // аналоговый вход для подключения сигнала датчика

void setup()

{ Serial.begin(9600); // старт последовательного порта

}

void loop()

{ // 5V/1024 = 0.0048828125

float volts = analogRead(IRpin)*0.0048828125; //считываем данные датчика и переводим в напряжение

Serial.println(volts); // выдаем в порт delay(100);

}

Полученные результаты дают нам нелинейную зависимость между напряжением на выходе датчика и расстоянием до отражающей поверхности.

Легче использовать данные от датчика если расстояние и данные связаны линейно, а глядя на график мы видим сложную нелинейную зависимость. Нелинейность выходного сигнала корректируется применением одновременно двух методов: путем определенного расположения датчика и программно с помощью таблицы или вычислений. На графике видно как напряжение на выходе датчика меняется при увеличении дистанции от 0 до 80 см. Если препятствие буквально упирается в датчик на выходе 0 В. Далее выходной сигнал растет до уровня 3,2 В при увеличении дистанции до 6 см. Дальнейшее удаление препятствия вызывает снижение напряжения на выходе. При отсутствии отражения излучения напряжение выходного сигнала около 0,4 В.

Установка датчика

Из графика видно, что одному значению выходного напряжения соответствуют два расстояния: очень близкое и далекое. Наилучший способ избавиться от этого недостатка – установка датчика на расстоянии 7 см от края, защищаемого от столкновения. Теперь расстояние до преграды не может сократиться менее 7 см и работа датчика GP2Y0A21YK0F в области первой части кривой с резким возрастанием напряжения исключена. Более надежная защита от столкновения и более точная картина расположения окружающих предметов требует установку двух датчиков, направленных перекрестно.

Обработка сигнала

Если соблюдать метод установки, изложенный выше, то от двойственности данных о расстоянии мы уже избавились. АЦП МК оцифровывает аналоговый сигнал, программа обработки забирает полученные данные из регистров АЦП. Дальнейшая программная обработка поступающих данных должна ликвидировать нелинейность зависимости напряжения выхода GP2Y0A21YK0F от расстояния. Для этого в программе закладывается не сложное вычисление. Попробуем разобраться в используемой математике. Если величину измеренного расстояния в сантиметрах представить в виде обратной величины или попросту говоря единицу разделить на расстояние в сантиметрах, то график зависимости между обратной величиной расстояния и напряжением на выходе будет выглядеть как изображено здесь.

Теперь с возрастанием расстояния данные в программе тоже возрастают, что более логично. Нелинейность уменьшилась. Такую зависимость использовать удобнее. Но все же нелинейность осталась. Есть другой более точный метод выпрямить кривую. Для этого применим формулу: S = (0,0001831 × A) – 0,0030927, где S – расстояние в условных единицах, А – значение на выходе 10-битного АЦП микроконтроллера. При изменении расстояния от 80 до 10 см значениях с выхода АЦП будут меняться от 70 до 475. В результате подсчетов по приведенной формуле расстояние в условных единицах меняется от 0,011 до 0,085. Эти значения далее используются в программе в соответствии с требованиями реализуемого проекта. На рисунке приведен график исправленной зависимости.