Инфракрасный дальномер. Инфракрасный лазерный дальномер. Основные технические характеристики

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

Пример использования

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

• Проверьте правильность соединения всех проводов, согласно схеме на рисунке 5.

• Проверьте подсоединение модуля sharp;
• Проверьте срабатывание обнаружения датчиком в мониторе последовательного порта.

Дальномеры

В этом уроке мы поподробнее познакомимся с дальномерами.

Ультразвуковой дальномер HC-SR04

На сегодняшний день (2016 г) стоит не более 1$ на AliExpress .

Датчик имеет 4 вывода:

• Vcc – На этот контакт подается питание в 5В.
• Trig – На этот контакт нужно подать логическую единицу на 10мкс, чтобы дальномер испустил ультразвуковую волну.
• Echo – После того, как ультразвуковая волна вернется обратно, на этот контакт будет подана логическая единица на время, пропорциональное расстоянию до объекта
• Gnd – Этот контакт подключается к земле.

Ультразвуковой дальномер – работает по принципу “летучей мыши”. Он посылает ультразвуковую волну и считает время, за которое волна возвратится. Зная скорость звука и время, за которое волна пришла обратно, можно рассчитать расстояние до объекта.

С помощью этого дальномера мы соберем небольшой парктроник, который можно будет увеличить и собрать готовое устройство для парковки автомобиля. Еще я покажу, как можно использовать дальномер для управления своими устройствами.

Дальномер

Давайте соберем простенькую схему для того чтобы понять, как работает дальномер.

Код

#define ECHO 13 #define TRIG 12 void setup() { pinMode(ECHO, INPUT); // На ECHO нужно подать логическую единицу pinMode(TRIG, OUTPUT); //С TRIG мы будем считывать значение расстояния Serial.begin(9600); //Установим соединение с Serial портом } void loop() { //Подаем на TRIG HIGH и сразу LOW digitalWrite(TRIG, HIGH); digitalWrite(TRIG, LOW); //Считываем длину пришедшего сигнала в микросекундах int dist = pulseIn(ECHO, HIGH) / 54; // Делим на 54, чтобы перевести показания в см Serial.println(dist); //Выводим показания дальномера в Serial delay(300); //Ждем немного, чтобы глаз успевал различать показания }

Пояснения

pulseIn(ECHO, HIGH); - С помощью этой функции мы считали время, на которое на пине ECHO устанавливается значение HIGH. Это время считается в микросекундах.

В общем виде pulseIn(); можно записать так:

pulseIn(пин, значение, таймаут);

Пин – Пин, на котором будет производиться подсчет времени.

Значение – Уровень ожидаемого сигнала, при котором будет проводиться подсчет. HIGH или LOW.

Таймаут – время в микросекундах, в течение которого ожидается приход сигнала. По истечении таймаута значение, возвращаемое функцией, будет приравнено к нулю.

Так, с принципом работы дальномера разобрались. Время сделать парктроник для игрушечных машинок.

Парктроник

Схема парктроника выглядит так:

#define ECHO 3 // Прием сигнала с дальномера #define TRIG 2 // Подача сигнала на дальномер #define COUNT 5 // Кол-во светодиодов #define BUZZ 6 // Пин для пищалки #define FIRST 9 // Первый пин светодиодов #define dist_setup 1 //Подстроечный коэффициент #define frequency 5000 void setup() { for(int i = 0; i < COUNT; ++i) //Обозначаем светодиоды как выход... { pinMode(i+FIRST, OUTPUT); } pinMode(ECHO, INPUT); //...ECHO как вход... pinMode(TRIG, OUTPUT); //...TRIG как выход... pinMode(BUZZ, OUTPUT); //...пищалку как выход Serial.begin(9600); //Установим соединение с Serial } void loop() { digitalWrite(TRIG, HIGH); //Подаем команду на дальномер digitalWrite(TRIG, LOW); int dist = pulseIn(ECHO, HIGH) / 54; //Измеряем расстояние до объекта dist = constrain(dist, 2, 60); //Полученные значения загоняем в диапазон от 2 до 60 //Сравниваем полученные показания и включаем нужный режим if (dist < 10) { all_led_on(); } else if (dist < 20 * dist_setup) { four_led_on(); } else if (dist < 30 * dist_setup) { three_led_on(); } else if(dist < 40 * dist_setup) { two_led_on(); } else if(dist < 50 * dist_setup) { one_led_on(); } else { for(int i = 0; i < COUNT; ++i) { digitalWrite(i+FIRST, LOW); } noTone(BUZZ); } } // Описание режимов void one_led_on() { digitalWrite(9, LOW); digitalWrite(10, LOW); digitalWrite(11, LOW); digitalWrite(12, LOW); digitalWrite(13, HIGH); tone (BUZZ, frequency, 1000); delay(1000); } void two_led_on() { digitalWrite(9, LOW); digitalWrite(10, LOW); digitalWrite(11, LOW); digitalWrite(12, HIGH); digitalWrite(13, HIGH); tone(BUZZ, frequency, 700); delay(700); } void three_led_on() { digitalWrite(9, LOW); digitalWrite(10, LOW); digitalWrite(11, HIGH); digitalWrite(12, HIGH); digitalWrite(13, HIGH); tone(BUZZ, frequency, 400); delay(400); } void four_led_on() { digitalWrite(9, LOW); digitalWrite(10, HIGH); digitalWrite(11, HIGH); digitalWrite(12, HIGH); digitalWrite(13, HIGH); tone(BUZZ, frequency, 200); delay(200); } void all_led_on() { for(int i = 0; i < COUNT; ++i) { digitalWrite(i+FIRST, HIGH); } tone(BUZZ, frequency, 5000); delay(5000); }

Пояснения

Парктроник снабжен светодиодной и звуковой индикацией. При приближении объекта на заданные расстояния раздаются более частые сигналы, и загорается больше светодиодов.

dist_ setup – это коэффициент, с помощью которого можно регулировать расстояние до срабатывания парктроника.

У меня он равен единице. Если вам нужно уменьшить расстояние – нужно уменьшить коэффициент, но тогда он будет в виде 0.xxx. Для этого вводится переменная типа float.

Частоту писка можно также изменять. Для этого нужно изменить значение frequency . Но следует помнить, что пищит пьезоизлучатель ужасно. Крайне. И, мне кажется, что он быстро отобьет у вас желание им пользоваться дальше или дольше 5 минут.

Как вариант – понизить частоту до 20 Гц или подключить обычный динамик на 8 Ом, к примеру.

Пароль

Теперь попробуем сделать секретный шифр, который зажигает светодиоды. А если в схему включить сервомотор с задвижкой, то можно сделать замок на дверь или ящичек с паролем.

Внимание на схему.

Код

//Пины первого дальномера #define TRIG1 12 #define ECHO1 13 //Пины второго дальномера #define TRIG2 10 #define ECHO2 11 //Светодиоды #define FIRST 3 #define COUNT 5 //Кнопка сброса #define RESET 2 //Переменные для пароля int key1; int key2; int key3; void setup() { //Обозначение светодиодов как выход for(int i = 0; i < COUNT; i++) { pinMode(i+FIRST, OUTPUT); } //Обозначение пинов на дальномерах pinMode(TRIG1, OUTPUT); pinMode(ECHO1, INPUT); pinMode(TRIG2, OUTPUT); pinMode(ECHO2, INPUT); pinMode(RESET, INPUT_PULLUP); } void loop() { //Подача сигнала на дальномеры digitalWrite(TRIG2, HIGH); digitalWrite(TRIG2, LOW); int dist2 = pulseIn(ECHO2, HIGH,3000) / 54; digitalWrite(TRIG1, HIGH); digitalWrite(TRIG1, LOW); int dist1 = pulseIn(ECHO1, HIGH) / 54; //Дополнительная индикация "ввода" символов if(dist1 < 10 && dist2 < 10) { digitalWrite(5, HIGH); delay(100); } if(dist2 > 20 && dist2 < 25) { digitalWrite(4, HIGH); delay(100); } if(dist1 > 20 && dist1 < 25) { digitalWrite(6, HIGH); delay(100); } //Код пароля + индикация "ввода" символов if(dist2 > 10 && dist2 <15) { key1 = 1; digitalWrite(3, HIGH); delay(100); } if(dist1 > 10 && dist1 < 15) { digitalWrite(7, HIGH); delay(100); key1 = 0; } if(dist1 > 20 && dist1 < 25 && key1 == 1) { key2 = 1; } else if(dist2 > 20 && dist2 <25 || key1 == 0) { key1 = 0; key2 = 0; } if(dist1 < 10 && dist2 < 10 && key2 == 1) { key3 = 1; } if(key3 == 1) { for(int i = 0; i < COUNT; i++) { digitalWrite(i + FIRST, HIGH); } } if(key3 == 0) { for(int i = 0; i < COUNT; i++) { digitalWrite(i + FIRST, LOW); } } //Сброс пароля boolean res = digitalRead(RESET); if(res == 0) { key1 = 0; key2 = 0; key3 = 0; } }

Пояснения

Для того чтобы зажечь все пять светодиодов – нужно знать последовательность действий, которую нужно выполнять. Вот для вас задание – “Не смотря объяснения ниже, определить, какую же последовательность действий нужно выполнять, чтобы загорелись все пять светодиодов”

Это выполнимая задача, если вы читали первую часть курса и разобрались в работе функции if().

Разобрались? Если да – молодцы, а если нет – почти молодцы.

Всего есть три “символа ввода” – от 0 до 10, от 10 до 15 и от 20 до 25.

Состояние от 0 до 10 включается, если поднести обе руки на расстояние от 0 до 10 см к обоим дальномерам. Если это сделать – загорится желтый светодиод.

Состояние от 10 до 15 включится, когда вы поднесете руку к правому или левому дальномеру на расстояние от 10 до 15 см. О совершении этого действия вам подскажут крайний левый светодиод для левой руки и крайний правый – для правой.

Состояние от 20 до 25 включается в тот момент, когда расстояние от руки до одного из дальномеров будет от 20 до 25 см. Об этом вас проинформируют второй слева и второй справа светодиоды для левой и правой руки соответственно.

Стоит отметить, что выполнять последовательность нужно строго.

• Поднести ПРАВУЮ руку на расстояние от 10 до 15.
• После того, как загорелся крайний правый светодиод – поднести ЛЕВУЮ руку на расстояние от 20 до 25. Все это делается, не меняя положения правой руки.
• После индикации второго слева светодиода – отвести ЛЕВУЮ руку влево, чтобы не загорелся крайний левый светодиод, иначе – код нужно будет набирать сначала. ПРАВУЮ руку приблизить на расстояние от 0 до 10, а ЛЕВУЮ подвести на это же расстояние, не задевая расстояние от 10 до 15
• Светодиоды должны гореть и не реагировать на ваши действия.
• Нажать кнопку RESET, для сброса пароля. Светодиоды должны потухнуть.

Каждое неверное движение сбрасывает пароль, и его нужно вводить заново. С первого раза может и не получиться, но спустя несколько минут тренировки, я уверен – все получится, и светодиоды загорятся.

После того, как у вас будет получаться зажечь все светодиоды, можно вам проверить себя и изменить код так, чтобы последовательность была другая – на ваше усмотрение. Можно сделать больше “символов”, а можно оставить те же, но сделать каждый символ с использованием двух дальномеров. Это будет заданием для самостоятельного решения.

Инфракрасный дальномер Sharp

С этими дальномерами все даже проще. Подключать их нужно, как и все аналоговые датчики. И даже можно без резистора на 10 кОм. Если вы по каким-то причинам этого не умеете, то это описано в моей статье про .

Терменвокс

Есть такой музыкальный инструмент, как терменвокс. И сейчас мы соберем подобие этого инструмента.

Код

// Обозначаем дальномер, кнопку и пищалку #define RFIND A5 #define BUT 9 #define BUZ 8 // Логические переменные для кнопки bool sound_on = false; bool but_up = true; void setup() { pinMode(RFIND, INPUT); pinMode(BUZ, OUTPUT); pinMode(BUT,INPUT_PULLUP); } void loop() { //Код для включения и выключения терменвокса bool but_now = digitalRead(BUT); if(but_up && !but_now) { delay(10); bool but_now = digitalRead(BUT); if(!but_now) { sound_on = !sound_on; } } but_up = but_now; //Код для терменвокса if(sound_on == 1) { int val, freq; val = analogRead(RFIND); //Со значениями constrain и map можно поиграть, как душе угодно val = constrain(val, 100, 400); freq = map(val, 100, 400, 1000, 2500); tone(BUZ, freq, 20); } }

Пояснения

Если нажать кнопку, то из пищалки или динамика, смотря, что вы подключили, раздастся сигнал, который будет варьироваться в соответствии с расстоянием от дальномера до вашей руки.

Кнопка нужна для остановки или запуска нашего “Терменвокса”

Итог

Сегодня мы поближе познакомились с дальномерами и провели несколько небольших экспериментов, два из которых можно использовать в реальной жизни. Парктроник – помог бы припарковаться, а Кодовый замок можно усовершенствовать таким образом, что при вводе правильного пароля, сервомотор открывает защелку на двери в вашу комнату, например.

Список радиоэлементов

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

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.