Light Sensors

Cơ sở vật lý „ Sóng

Light sensors

ánh sáng hay sóng hồng ngoại đều là sóng điện từ, truyền trong không khí với vận tốc ánh sáng c=300.000 km/s „ Bước sóng của hồng ngoại

λIR ≥ 0.7 μm

Đoàn Hiệp „ Bước

sóng của ánh sáng khả kiến

0.4 μm ≤ λVL ≤ 0.7 μm

Vật liệu và tia hồng ngoại „ „

„

Tia hồng ngoại tồn tại ở dạng nhiệt ở tất cả mọi nơi, bên trong và bên ngoài vật liệu. Tia hồng ngoại phát ra từ các loài vật và con người, trong đó loài người phát ra tia hồng ngoại mạnh nhất có độ dài sóng 9.4um Để nhận diện tia hồng ngoại, người ta dùng các cảm biến pyroelectric (hoả điện). Cảm biến là các vật liệu tinh thể, sẽ tạo ra điện áp khi có sự thay đổi nhiệt độ ở dạng các tia hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại Kính lọc hồng ngoại Nhiệt ở dạng tia hồng ngoại

+V Khuếch đại

Kính lọc Fresnel

So sánh

Ngõ ra

Kính lọc Fresnel

Kính lọc Fresnel thu

Cảm biến nhận biết vật thể

Line following

Bố trí cảm biến

Line following với ánh sáng đỏ „ Mạch

thiết kế về nguyên lý không khác với nguyên lý hồng ngoại „ Sự che chắn là rất cần thiết „ Sử dụng phototransistor, thay cho photodiode „ Dùng phim chụp hình để lọc màu „ Bộ so sánh cũng là một hệ thống đo với mẫu thử giấu bên trong robot

Đo khoảng cách „ Time

of flight „ Cường độ phản xạ „ Nguyên lý đo góc PSD

Time of flight? c = 300,000km / s s = c.t s 10cm ÷ 100cm t= = c 30,000,000,000cm / s t = 0.33 x10 −8 s = 3.3ns

But…

Cường độ phản xạ „ „ %T

If we have… 700 USD…

Cảm biến

„ %R

„

Đo góc

Cảm biến GP2D12 „

Đối tượng

„ Đối tượng

„

góc mở Điểm phản xạ

%R = 50% 50% - 90% 90% Năng lượ lượng hồ hồng ngoạ ngoại bị bị hấp thụ thụ và phả phản xạ xạ khá khác nhau trên cá các vậ vật liệ liệu khá khác nhau Màu sắ sắc vậ vật liệ liệu cũ cũng là làm thay đổ đổi phầ phần trăm phả phản xạ Chỉ Chỉ sử dụng giớ giới hạ hạn trong mộ một và vài ứng dụ dụng cụ thể ể th

góc mở

Cấu tạo Các thông số cảm biến Điều khiển GP2D12 dùng P16F877

Cấu tạo

Nguyên lý đo

IR LED Đối tượng

Đối tượng

1

2

Đối tượng r

R2

R

PSD

R1

Thấu kính Fresnel PSD

Các thông số của GP2D12 Range: Update frequency / period: Direction of the measured distance: Max admissible angle on flat surface: Power supply voltage: Noise on the analog output: Mean consumption: Peak consumption:

Một số cảm biến cùng loại * detector continously reads (always on)

10 to 80cm 25Hz / 40ms

Dòng Dòng ON OFF

Tên

Tín hiệu ra

Tầm đo

Cách đo

GP2D02

Byte value read serially from device

10cm - 80cm

Each reading triggered by an external clock

~25 mA

~2 uA

GP2D05

Boolean value (1 or 0) based on distance threshold

10cm - 80cm adjustable threshold with small integrated potentiometer

Each reading triggered by an external clock

~25 mA

~2 uA

GP2D12

Analog value (0V to ~3V) based on distance measured

10cm - 80cm

Continuous readings ~38ms per reading

~25 mA

*

GP2D15

Digital (0 or 1) output

factory preset to 24cm

Continuous readings ~38ms per reading

~25 mA

*

Very directional, due to the IR LED > 40° 4.5 to 5.5V < 200mV 35mA about 200mA

Điều khiển dùng P16F877

Tín hiệu ra

d ( s ) = 2141.72055s −1.078867 [cm]

Tính toán khoảng cách

Tài liệu tham khảo „ „ „ „ „

1000/( khoảng cách -2) vs V out

„

http://zuff.info/PSD.html Infrared Manual – Glolab Copporation GP2Dxx datasheet Cours on IR sensor – Mesurement LAB – Mc Gill JEAN CHRISTOPHE ZUFFEREY, “Scanning Laser Range Finder – Capture de Distance Basé sur un Principe de Triangulation”, Microtechnique – LAMI Position Sensing Detectors – PSD, publité le 12.08.99 dans le cadre d’un stage pour l’ Expo 02 au LAMI

[email protected]