54 The Prototype Electronics

ปกรณลมพรจตรวไลProt

o Kn

owled

ge

Sensor

ตวตรวจจบทท�างานกบแสงอนฟราเรดมหลากหลายรปแบบและ

มกใชในการตรวจจบสงกดขวาง,ตรวจจบความแตกตางสของพนผวอยาง

งาย,ตรวจจบการมอยของวตถเพอใชในการนบจ�านวนวตถอตโนมต,การ

ควบคมอปกรณระยะไกลรวมถงการสอสารขอมลแบบไรสายดวย ส�าหรบ

ตวตรวจจบทท�างานกบแสงอนฟราเรดทน�ามาคยใหฟงกนในฉบบนน�ามาใช

ตรวจจบและวดระยะทางจงมชอเรยกวาโมดลตรวจจบและวดระยะทาง

ดวยแสงอนฟราเรด(InfrareddistancesensorหรอInfraredranger)

SharpSemiconductorเปนหนงในผผลตตวตรวจจบทไดรบการ

ยอมรบไปทวโลกโดยเฉพาะอยางยงในแผนกOptoelectronicsและ

โมดลตรวจจบและวดระยะทางดวยแสงอนฟราเรดทน�ามาเลาใหฟง

นกเปนผลงานSharpนนคอโมดลตรวจจบและวดระยะทางดวยแสง

อนฟราเรดในอนกรมGP2เบอรทแนะน�าใหร จกคอGP2D120และ

GP2Y0A21

โมดลวดระยะ ทางดวย แสงอนฟราเรด

อก หนง ตวตรวจ จบระยะ ทาง

และ ตรวจ จบ วตถ แบบ ไมสมผส

ทไดรบความ นยม สงและ ใช งาน งาย

มารจก กน ให ลก อก นด

The Prototype Electronics 55

วดครงท1 วดครงท2

ไมแนนอน เอาตพตครงท1 เอาตพตครงท2 เอาตพตครงทn

วดครงทn

38.3±9.6 มลลวนาท

5มลลวนาท

การวดระยะหาง

แรงดนเอาตพต

ไฟเลยง

วดครงท1

ไมแนนอน เอาตพตครงท1 เอาตพตครงท2 เอาตพตครงทn

มลลวนาท

วดครงท2 วดครงทn

ไฟเลยง

การวดระยะหาง

แรงดนเอาตพต

มลลวนาท

คณสมบตทางเทคนคของGP2D120•ใชการตรวจจบระยะทางดวยการสะทอนแสงอนฟราเรด•วดระยะทางได4ถง30เซนตเมตร•ไฟเลยงทเหมาะสมคอ4.5ถง5Vตองการกระแสไฟฟาทการวดระยะทางสงสด50mA•ใหเอาตพตเปนแรงดนในยาน0.4ถง2.4Vทไฟเลยง+5V•ใชงานไดโดยไมตองตออปกรณภายนอกเพมเตม

คณสมบตทางเทคนคของGP2Y0A21•ใชการตรวจจบระยะทางดวยการสะทอนแสงอนฟราเรด•วดระยะทางได10ถง80เซนตเมตร•ไฟเลยงทเหมาะสมคอ4.5ถง5Vตองการกระแสไฟฟาทการวดระยะทางสงสด40mA•ใหเอาตพตเปนแรงดนในยาน0.4ถง2.4Vทไฟเลยง+5V•ใชงานไดโดยไมตองตออปกรณภายนอกเพมเตม

รจกกบโมดลวดระยะทางดวยแสงอนฟราเรดอนกรมGP2

โมดลตรวจจบและวดระยะทางดวยแสงอนฟราเรดในอนกรมGP2มขาตอใชงาน3ขาคอขาตอไฟเลยง(Vcc),ขากราวด(GND)และขาเอาตพต (Vout) ดงแสดงในรปท 1 ส�าหรบเบอร GP2D120และ GP2Y0A21 ใหผลการท�างานเปนแรงดนไฟตรง โดยคาแรงดนเอาตพตของ GP2D120 ทระยะทาง 30 เซนตเมตรทไฟเลยง+5V อยในชวง 0.25 ถง 0.55V โดยคากลางคอ 0.4V ชวงของการเปลยนแปลงแรงดนเอาตพตทระยะทาง4ถง30เซนตเมตรคอ2.25V±0.3V

คาแรงดนเอาตพตของGP2Y0A21ทระยะทาง80เซนตเมตรทไฟเลยง+5Vอยในชวง0.25ถง0.55Vโดยคากลางคอ0.4Vชวงของการเปลยนแปลงแรงดนเอาตพตทระยะทาง10ถง80เซนตเมตรคอ1.9V±0.25V

รป ท 1 หนาตา และ การ จด ขา ของ โมดล ตรวจจบ และ วด ระยะทาง ดวย แสง อนฟราเรด อนกรม GP2

รปท 3 ไดอะแกรมเวลาการทำางานของโมดล GP2 และการอานคา

ขาเอาตพต(Vout)

LEDอนฟราเรดตวสง ตวรบแสงอนฟราเรด

ขากราวด(GND)

ขาไฟเลยง (Vcc)

รปท 2 ไดอะแกรมในการทำางานภายในของโมดลตรวจจบและวดระยะทางดวยแสงอนฟราเรดอนกรม GP2D120 และ GP2Y0A21

วงจรประมวลผลสญญาณ

วงจรควบคมไฟเลยงคงท

วงจรกำเนดสญญาณ

วงจรขบแรงดนเอาตพต

วงจรขบLEDอนฟราเรด

Vout

Vcc =+5VGND

วงจรประมวลผลสญญาณ

วงจรควบคมไฟเลยงคงท

วงจรขบLEDอนฟราเรด

วงจรขบแรงดนเอาตพต

วงจรก�าเนดสญญาณ

ในรปท 2 แสดงไดอะแกรมในการท�างานภายในของโมดลGP2จะเหนวาประกอบดวยตวสงและตวรบอนฟราเรดทตดตงภายใตตวถงเดยวกนโมดลGP2จะท�างานทนททมไฟเลยง +5V จายให โดยตวสงอนฟราเรดจะขบแสงอนฟราเรดจากตวมนตลอดเวลา เมอใดทมวตถมาขวางกน ท�าใหเกดการสะทอนของแสงอนฟราเรดกลบไปยงตวรบภายในโมดล GP2ทตวรบจะตอเขากบวงจรประมวลผลสญญาณเพอสรางแรงดนออกไปทางขาเอาตพต ซงแปรผกผนกบรยะทางทตรวจจบไดนนคอทระยะทางใกลแรงดนเอาตพตทไดจะมคาสง และมคาต�าเมอระยะทางทวดไดไกลขน

การอานคาแรงดนจากโมดล GP2 จะตองรอใหพนชวงเตรยมความพรอมของโมดลกอนซงใชเวลาประมาณ32.7ถง52.9มลลวนาทดงนนในการอานคาแรงดนจงควรรอใหพนชวงเวลาดงกลาวไปกอนดงแสดงในรปท3

56 The Prototype Electronics

(ข)กรณทวงจรแปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจตอลมความละเอยด8บต

ส�าหรบโมดลGP2D120 R=733-1

ส�าหรบโมดลGP2Y0A21 R=1707-4

Sensor : โมดลวดระยะทาง

หลกการวดระยะทางดวยแสงอนฟราเรด

ในรปท 4 แสดงหลกการของสามเหลยมคลายทน�ามาใชในการวดระยะทางดวยแสงอนฟราเรดของโมดลวดระยะทางในอนกรมGP2โมดลวดระยะทางด วยแสงอนฟราเรดจะสงแสงอนฟราเรดจากตวสงไปกระทบวตถผานเลนสนนเพอโฟกสแสงใหมความเขมแสงไปยงจดใดจดหนงเมอแสงไปกระทบวตถจะเกดการกระเจงของแสงไปในทศทางตางๆแสงสวนหนงจะกระเจงไปยงภาครบโดยมเลนสภาครบท�าหนาทรวมแสงและก�าหนดจดตกกระทบ แสงจะถกสงผานไปยงโฟโตทรานซสเตอรจ�านวนมากทตอเรยงตวกนเปนสวนรบแสงหรออะเรยรบแสงต�าแหนงทแสงตกกระทบนสามารถน�ามาค�านวณหาระยะทาง (L)จากภาคสงไปยงวตถไดโดยใชสตรหาสามเหลยมคลายดงน

ดงนนคาLจะมคาเทากบ

โดยคาทวดระยะไดจากโฟโตทรานซสเตอรจะถกสงไปยงวงจรประมวลผลสญญาณ กอนจะเปลยนคาเปนระดบแรงดนซงใหผลการเปลยนแปลงแรงดนตามระยะทางทตรวจวดได

การอานคาขอมลจากโมดลGP2ดวยวงจร

แปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจตอล

ผลลพธทไดจากโมดลGP2 เปนแรงดนจะตองน�าคาทไดมาแสดงผลในรปของระยะทาง โดยแปลงคาแรงดนจากกราฟเปรยบเทยบคาแรงดนกบคาระยะทางดงในรปท5-1และ 5-2 ในกรณทน�ามาใชกบไมโครคอนโทรลเลอรจะตองมการแปลงแรงดนไฟตรงนนเปนขอมลทางดจตอลวงจรทท�าหนาทนคอวงจรแปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจตอล(Ana-log to Digital Converter : ADC) ซงอาจใชไอซทออกแบบมาเพอหนาทนโดยเฉพาะหรอจะใชไมโครคอนโทรลเลอรทมโมดลแปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจตอลอยภายในกได

เพอความสะดวกจงมผสรางสมการส�าหรบแปลคาระยะทางออกมาใหใชงานไดงายโดยตองท�างานรวมกบวงจรแปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจตอล ซงจะสตรการค�านวณทแตกตางกนตามความละเอยดของวงจรแปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจตอลทนยมมดวยกน2คาคอความละเอยด8และ10บต

L

A

F

X

วตถ

GP2D120/GP2Y0A21

LEDอนฟราเรดตวสง

สวนรบแสงLEDอนฟราเรดตวสง

สวนรบแสง

วตถ

LA

=XF

L=(FxA)X

(ก)กรณทวงจรแปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจตอลมความละเอยด10บต

ส�าหรบโมดลGP2D120

R=2914-1

ส�าหรบโมดลGP2Y0A21 R=6787-4

โดยท Rหมายถงระยะทางหนวยเปนเซนตเมตร Vหมายถงขอมลจากวงจรแปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจตอล

(V+5)

(V-3)

(V+5)

(V-3)

รปท 4 หลกการของสามเหลยมคลายทนำามาใชในการวดระยะทางดวยแสงอนฟราเรดของโมดลวดระยะทางในอนกรม GP2

The Prototype Electronics 57

10 20 30 40 50 60 70 8000

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

แรงดนเอาตพต(V)

ระยะหางจากวตถทตรวจจบ(cm)4 8 12 16 20 24 28 320

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

แรงดนเอาตพต(V)

ระยะหางจากวตถทตรวจจบ(cm)

5-1:กราฟแสดงผลการทำงานของGP2D120 5-2:กราฟแสดงผลการทำงานของGP2Y0A21

ใชกระดาษเทาขาวรนR-27ของKodakซงดานขาวมอตราการสะทอนแสง90%เปนวตถสำหรบ

สะทอนแสงเพอวดระยะทาง

ระยะหางจากวตถทตรวจจบ(cm)

แรงดนเอาตพต

10 20 30 40 50 60 70 8000

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

แรงดนเอาตพต(V)

ระยะหางจากวตถทตรวจจบ(cm)4 8 12 16 20 24 28 320

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

2.8

แรงดนเอาตพต(V)

ระยะหางจากวตถทตรวจจบ(cm)

5-1:กราฟแสดงผลการทำงานของGP2D120 5-2:กราฟแสดงผลการทำงานของGP2Y0A21

ใชกระดาษเทาขาวรนR-27ของKodakซงดานขาวมอตราการสะทอนแสง90%เปนวตถสำหรบ

สะทอนแสงเพอวดระยะทาง

ระยะหางจากวตถทตรวจจบ(cm)

แรงดนเอาตพต

ขอจำากดในการวด

อยางไรกตาม ในกรณทใชงานโมดล GP2 กบวงจรแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอลทมความละเอยดเพยง 8บต ทระยะทางมากกวา 50 เซนตเมตรส�าหรบ GP2Y0A21และมากกวา 20 เซนตมเตรส�าหรบ GP2D120 การวดอาจมความคลาดเคลอนเพมขน เนองจากการเปลยนแปลงแรงดนเอาตพตในชวงนของโมดล GP2 มนอยมาก และถายงใกลระยะทาง 80 เซนตเมตร (ส�าหรบGP2Y0A21)หรอ 30เซนตเมตร(ส�าหรบGP2D120)มากเทาใดการเปลยนแปลงจะยงมอตรานอยลงมากขนอก จนท�าใหวงจรแปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจตอลทมความละเอยดเพยง 8 บต อาจ

รปท 5 กราฟแสดงความสมพนธของระยะทางทวดไดกบแรงดนเอาตพตของโมดล GP2D120 และ GP2Y0A21

www.tpemagazine.com

ใหผลการท�างานทไมชดเจนนอกจากนนเนองจากโมดลGP2ท�างานดวยแสงอนฟราเรดจงมโอกาสทจะถกรบกวนจากแสงอนฟราเรดทมอยรอบขางรวมไปถงความคงทของแรงดนไฟเลยงกมผลตอความไวในการวดระยะทางของโมดลGP2ดวย

นอกจากนนสของวตถทน�ามาใชในการตรวจจบกมผลตอความไวและระยะทางทวดไดของโมดลGP2ดวย เนองจากโมดล GP2 ใชแสงอนฟราเรด จงถกดดกลนจากวตถทมสด�าไดสงผลใหแสงอนฟราเรดทสะทอนกลบมาอาจมความเขมไมมากรวมถงแสงอาจตกกระทบอะเรยของตวตรวจจบแสงอนฟราเรดผดต�าแหนงท�าใหคาทไดคลาดเคลอนถาหากน�าไปใชในการตรวจจบวตถทกดขวางแบบไมสมผส อาจท�าใหกวาทจะสามารถตรวจจบไดวามวตถสด�าขวางหนาอย ตวตรวจจบกเกอบสมผสหรอชนเขากบวตถสด�าทขวางหนา

โมดล GP2 จดไดวาเปนโมดลวดระยะทางและตรวจจบวตถแบบไมสมผสทใชงานไดงายอกตวหนงเนองจากไมตองใชอปกรณพเศษมาตอเพมเตมไมมรปแบบโปรโตคอลการสอสารใดๆเพราะคาทวดไดแสดงออกมาในรปของแรงดนไฟฟาอยางตรงไปตรงมาจงมการแนะน�าใหใชในการเรยนรและพฒนาหนยนตอตโนมตเพอการศกษาอยางกวางขวาง กอปรกบรปรางหนาตาทดรวมสมยและไฮเทค เพอน�ามาประกอบในชนงานกดลงตวโดยเฉพาะเมอน�ามาตดตงในหนยนตจะดเหมอนดวงตาท�าใหเกดการรบรจากผใชงานอยางมประสทธผลลองหามาใชดนะครบ