Аналоговый датчик линии

Аналоговый датчик линии предназначен для того, чтобы отличать тёмную поверхность от светлой.

analog-line-sensor.1.jpg

Этот датчик можно, например, разместить на нижней поверхности мобильной платформы, чтобы научить вашего робота двигаться вдоль линии, обозначенной определенным оттенком серого, или научить его не выезжать за пределы территории, обозначенной контуром.

Аналоговый датчик позволяет не только отличать чёрную поверхность от белой, но и распознавать оттенки серого. Это даёт вам возможность точно контролировать процесс перехода границы от чёрного к белому и наоборот, ведь результатом является усреднённое значение небольшого пятна под фотоэлементом.

Пример использования с Arduino

Проверим, как наш датчик реагирует на положение относительно границы черного и белого поля. Для подключения модуля к Arduino удобно использовать Troyka Shield. Датчик подключается к группе контактов одного из аналоговых пинов. В нашем примере это пин A0.

После загрузки и запуска кода откройте монитор последовательного порта. Поместите датчик сначала над белой полосой, потом над границей и, наконец, над чёрной полосой. Посмотрите, как меняются показания выходного сигнала.

a_linesensor.ino
// указываем аналоговый пин A0 в качестве входа
#define SENSOR_PIN 0
// Определяем напряжение питания Vcc (5 В или 3.3 В)
#define VCC 5.0
// задаём переменные для значений аналогового сигнала в вольтах
float v; 
 
void setup()
{
  // открываем последовательный порт
  // и задаем стандартную скорость передачи равную 9600 б/с
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop()
{
  // считываем показания с датчика, вычисляем уровень напряжения
  int reading = analogRead(SENSOR_PIN);
  v = static_cast<float>(reading)*VСС/1024.0;
  // ... и выводим значения на экран
  Serial.print("v = ");
  Serial.print(v);
  Serial.println(" volts");
  delay(3000);
}

Элементы платы

Контакты подключения 3-проводного шлейфа

Датчик подключается к управляющей электронике по трём проводам. Назначение контактов 3-проводного шлейфа:

  • Питание (V) — красный провод. На него должно подаваться напряжение 5 В (или 3,3 В).
  • Земля (G) — чёрный провод. Должен быть соединён с землёй микроконтроллера.
  • Сигнальный (S) — жёлтый провод. Подключается к аналоговому входу микроконтроллера. Через него датчик передает микроконтроллеру значение напряжения, которое зависит от оттенка серого цвета подстилающей поверхности.

Оптопара TCRT5000

Оптопара TCRT5000 — это собранные в одном корпусе светодиод (синий на рисунке) и фототранзистор n-p-n типа (чёрный на рисунке). Светодиод излучает в инфракрасном диапазоне на длине волны 950 нм. Свет отражается от поверхности и попадает на фототранзистор. Чем светлее поверхность, тем больше отражается света, чем темнее — тем меньше.

Чем больше световой поток, падающий на фототранзистор, тем меньше электрическое сопротивление между его коллектором и эмиттером. В схеме датчика фототранзистор смонтирован в нижнем плече делителя напряжения. Аналоговый сигнал считывается со средней точки делителя, расположенной между резисторами и коллектором фототранзистора (см. схему ниже).

Когда датчик находится над светлой поверхностью, сопротивление фототранзистора уменьшается, и выходное напряжение (аналоговый сигнал) тоже уменьшается. Когда поверхность тёмная и отражает мало света, увеличивается сопротивление на фототранзисторе и растет напряжение в нижнем плече делителя.

Нужно иметь ввиду, что показания датчика также зависят от расстояния до поверхности. Когда датчик слишком низко, перегородка между диодом и фототранзистором оптопары мешает транзистору принимать отраженный свет. Когда датчик слишком высоко, отраженный свет рассеивается и не доходит до датчика.

Переменный резистор

Если повернуть ручку резистора до упора по часовой стрелке (минимальное сопротивление), то датчик будет воспринимать границу между черной и белой поверхностями как размытую. Если повернуть ручку до упора против часовой стрелки (максимальное сопротивление), то для датчика граница станет резче.

Сигнальный светодиод

Сигнальный светодиод загорается, когда датчик находится над светлой (по его мнению) поверхностью. Наличие диода позволяет более точно откалибровать датчик. Оттенок серого, над которым он загорается в зависимости от настройки, можно считать реперной точкой.

Принципиальная и монтажная схемы

Характеристики

Напряжение питанияот 3 В до 5 В
Максимальный потребляемый токменее 10 мА