سنسور شارپ

معرفی سنسور فاصله سنج نوری شارپ در طول سال ها Sharp خانواده ای از سنسورهای مادون قرمز را معرفی کرده است. این سنسورها از بسته بندی کوچک، مصرف خیلی کم و خروجی های متنوع بهره مند هستند.

این متن مروری است از انواع مختلف، اطلاعاتی درمورد مواجه با آنها و راهنمایی هایی در مورد این سنسور ها. اگر به دنبال یک مقایسه ی ساده ی سنسور های شارپ باشید می توانید از بخش های زیر تا بخش "انتخاب سنسور" صرف نظر کنید. تئوری عملیات با معرفی سری سنسورهای شارپ GP2DXX، رویکرد تازه ای معرفی شده که نه تنها محدوده ی شناسایی اشیاء را نسبت به روش قبلی افزایش می دهد، بلکه در مورد سنسور های GP2D12، GP2D120 و GP2DY0A اطلاعات محدوده ی شناسایی را نیز در اختیار ما می گذارد. این فاصله سنج ها آزادی بیشتری را نسبت به وضعیت نور محیطی به علت روش های جدید اندازه گیری فاصله ارائه می دهند. این فاصله سنج های جدید همه از مثلث بندی و آرایش خطی CCD کوچکتری برای محاسبه ی فاصله و/یا حضور اشیا در میدان دید استفاده می کنند. ایده ی اساسی این است که: یک پالس از نور IR توسط امیتر منتشر می شود. این نور در میدان دید منتقل شده، یا با شئ برخورد می کند و یا به مسیر خود ادامه می دهد. در صورت عدم وجود مانع (شئ) نور هرگز بازتابیده نمی شود و هیچ رنجی نشان داده نمی شود. در صورتی که نور از یک شئ بازتاب شود، به سنسور بازگشته و یک مثلث بین نقطه ی بازتاب، امیتر و سنسور ایجاد می‌کند. (شکل یک زاویه‌ها در این مثلث بر مبنای فاصله از جسم تغییر می‌کند. بخش دریافت کننده‌ی این سنسور‌های جدید در واقع یک لنز دقت است، که نور بازتاب شده را بر مبنای زاویه‌ی مثلث مذکور به بخش‌های مختلف آرایش خطی محصور CCD منتقل می‌کند. آرایش CCD می‌تواند مشخص کند که نور بازتاب شده با چه زاویه‌ای بازگشته و بنابراین می‌تواند زاویه تا جسم را محاسبه کند. این روش جدید اندازه‌گیری فاصله تقریبا در مقابل دخالت نور محیطی ایزوله است و عدم تمایل شگفت انگیزی در مقابل رنگ جسم مورد شناسایی نشان می‌دهد.

حال شناسایی یک دیوار کاملا سیاه در نور خورشید امکانپذیر است. انتخاب سنسور سنسور‌های GP2XX مشتقات مختلفی دارند. جدول زیر در مشخص کردن هر نوع سنسور با رنج های ماکسیمم و مینیمم کمک می کند و نیز این که آیا سنسور مورد نظر یک مقدار فاصله‌ی متغییر و یا یک سیگنال شناسایی بولین (True/False) را تحویل می دهد: (شکل دو) سنسور‌های زیر قطع شده، و برای منابع تاریخی در نظر گرفته شده اند: (شکل های سه) همانطور که می‌بینیم، هفت سنسور به چند ترتیب متفاوتند. سنسورهای GP2D12، GP2D120، GP2Y0A02 (‘0A02’)، GP2Y0A21 (‘0A21’) و GP2Y0A700 (‘0A700’) اطلاعات محدوده‌ی حقیقی را به شکل یک خروجی آنالوگ ارائه می‌دهند. مدل‌های GP2D15 و GP2DY0D02 (‘0D’) به طور متفاوتی مقدار دیجیتالی واحدی را بر مبنای حضور جسم ارائه می‌دهد. هیچ کدام از سنسورها به سیگنال یا تایمر خارجی نیاز ندارند. در عوض به طور ممتد با جریان ممتد مورد نیاز حدودا 25mA شلیک می‌کنند. مدل A7000 یک مورد ویژه است که خیلی بزرگتر از دیگر سنسورهای شارپ است. افزایش سایز به جهت تطبیق با لنزهای بزرگتر و مداربندی برای ماکسیمم رنج 5.5 متر است. (شکل چهار) انتخاب سنسور مورد استفاده به موقعیت، ظرفیت کنترلر (اینکه آیا کانال A/D اضافی دارد یا خیر) و... بستگی دارد. مطالعه‌ی جدول فوق می‌‌تواند در انتخاب گزینه‌ی درست بسته به موقعیت کمک کند خروجی غیرخطی سنسور های شارپ به علت برخی خواص پایه‌ای مثلثاتی در مثلث حاصل از امیتر و نقطه‌ی بازتاب و نیز دریافت کننده، خروجی این سنسورهای جدید به طور غیرخطی با توجه به فاصله‌ی اندازه گیری شده است. (شکل پنج) گراف فوق خروجی معمول این سنسورها را نشان می‌دهد. ابتدا، خروجی سنسورها در محدوده‌ی مشخص شده (10cm-80cm) خطی نیست بلکه به گونه‌ای لگاریتمی است. این منحنی به مقدار کمی در هر سنسور با سنسور دیگر تفاوت خواهد داشت، بنابراین "نرمال" کردن خروجی با یک جدول جستجو و یا تابع پارامتری ایده‌ی خوبی خواهد بود. در این صورت، هر سنسور کالیبره شده و اطلاعات خطی بدست خواهد آمد که در هر سنسور ثابت است. یک مقاله برای توصیف چگونه خطی کردن اطلاعات با استفاده از محاسبات عددی در دسترس است؛ جهت یافتن این مقاله در داخل باکس کلمه‌ی ‘linearize’ را تایپ کنید. مورد دوم قابل توجه در گراف فوق این است که به محض اینکه در محدوده‌ی مشخص شده قرار بگیرید (کمتر از10cm )، خروجی به سرعت کاهش یافته و شبیه به یک نمایش رنج بلندتر می‌شود. این موضوع در صورتی که روبات شما هنگامی که به جسم جامد نزدیک می‌شود سرعتش کند شود، در محدوده‌ای کمتر از رنج مینیمم قرار گرفته و سپس در تفسیر نمایش رنج بلند دچار اشکال شده و با نهایت سرعت به سمت جسم حرکت کند می تواند فاجعه بار شود. راحت ‌ترین راه برای جلوگیری از وقوع این امر این است که سنسورها را در طول و یا عرض روبات در مقابل هم قرار دهیم. (شکل شش) الگوی پرتو الگوی پرتوی این سنسور‌ها در بین مدل‌ها ثابت است. محدوده، معمولا در محدوده‌ای بین 10-80cm بوده و پرتو تقریبا به شکل توپ فوتبال با بخش میانی پهن با عرض تقریبا 16 سانتیمتر است. این الگو یک الگوی پرتوی باریک است که اطلاعات رنجینگ زیادی را هنگامی که با یک سروو (Servo) جهت روبش سنسور هنگام برداشت اطلاعات کوپل می شود به دست می‌دهد. هنگام استفاده‌ی سنسورهای شارپ به عنوان بامپر در حالت جامد، عموما پهن‌ترین الگوی ممکن برای فراهم کردن پوشش برای یک محدوده‌ی بزرگ، مثل تمامی بخش جلویی روبات مطلوب است. این موضوع به راحتی می‌تواند توسط استفاده از دو سنسور که در مقابل یکدیگر در قسمت جلویی روبات قرار می‌گیرند صورت بگیرد. رایج‌ترین سنسور برای استفاده در این آرایش GP2D15 است. (شکل نه) بسته به نوع سنسور مورد استفاده، خروجی این دو سنسور می‌تواند باهم ترکیب شود تا به بودجه‌ی میکروپروسسور I/Oشما کمک کند. آرایش سنسورها به جز GP2Y0A700 این سنسورها کاملا کوچک بوده و همگی از یک کانکتور کوچک با نام JST (Japan Solderless Terminal) استفاده می کنند. این کانکتورها دارای سه سیم هستند: زمین، vcc و خروجی. به علت اینکه سنسورها به طور ممتد شلیک می‌کنند و به هیچ زمان بندی برای شروع برداشت اطلاعات نیاز ندارند، کار با آنها آسان‌تر است، اما اغلب مصرف بالاتری دارند و به طور بالقوه هنگامی که چند سنسور در یک روبات مورد استفاده قرار می‌گیرند می‌توانند مانع یکدیگر شوند. با در نظر داشتن تئوری عملیات سنسورها، همانطور که در بالا بحث شد، هنگام نصب آنها بر روی روبات از این مزاحمت می‌توان جلوگیری کرد. مدل GP2YA700 بزرگتر یک مورد ویژه است، و یک کانکتور JST با 5 پین و نیز دو سیم زمین و دو سیم متصل به منبع انرژی دارند. به هرحال این سیم ها می‌توانند به هم لحیم شوند، و در نتیجه منبع انرژی متصل شده توانایی انتقال تقریبا 400mA مقدار جریان ماکسیمم را دارد (تقریبا 30-50mA جریان ممتد). مانند دیگر سنسور ها، GP2Y0A700 به طور ممتد شلیک می‌کند. مدل های محدود شده‌ی GP2D02 و GP2D05 هردو از یک کانکتور JST دارای 4 سیم استفاده می‌کنند. سیم ها شامل زمین، vcc، ورودی تایمر و خروجی دیتا هستند. از آنجایی که منطق داخلی این سنسورها با ولتاژ حدودا 3 ولت فعالیت می‌کند، لازم است که از ورودی تایمر در مقابل رانده شدن به ولتاژ بالاتر از این مقدار حفاظت شود. این موضوع توسط یک شبکه‌ی مقاومت برای تقسیم ولتاژ قابل انجام است، ولی روش مطلوب این است که از یک دیود سیگنال کوچک مثل دیود سوئیچی سرعت بالای 1N4148 استفاده شود. این دیود به این شکل وصل می‌شود تا به جریان اجازه دهد که با یک ورودی با درجه ی منطقی کم جاری شود. مدار داخلی این سنسورها در غیر این صورت ورودی را بالاتر می‌برد. (شکل هفت) تصمیم نهایی این سنسورها یک ضمیمه‌ی بزرگ به مجموعه‌ی سنسورهای موجود برای روباتیک هستند؛ همینطور بسیار گرانقیمت بوده، مصرف خیلی کمی دارند، در محل های کوچک جای می‌گیرند و دارای یک رنج منحصر به فرد هستند که برای روبات های کوچک در محل های انسانی مثل راهرو ها، اتاق ها و موقعیت‌های اتفاقی پرپیچ و خم مناسبند. در عین این که این سنسورها دقت رنج بسیار بالایی را به دست می‌دهند، اطلاعات زیادی را برای روبات هایی که عموما با اطلاعات پر از نویز در ارتباط هستند ارائه می‌دهند. اغلب دانستن این که یک روبات به یک دیوار نزدیک است یا به حدکافی دور است، کافیست تا برای انتخاب حرکت بعدی تصمیم بگیرد.                              این سنسورها برای فاصله یابی بسیار مناسب میباشند.

اما فواصل طولی کاری آنها ما را مجاب به استفاده از سنسور های التراسونیک میکند که فاصله ی کاری بیشتری دارند اما قیمت سنسور شارپ کمی ارزان تر است. البته کار با سنسورهای شارپ خیلی خیلی آسون تر از آلتراسونیکه. علاوه بر اون آلتراسونیک نویز داره که به خاطر همین باید فیلتر بشه تا درست نتیجه بده) • Analog output • Effective range: 4 to 30 cm • Typical response time: 39 ms • Typical start up delay: 44 ms • Average Curren :Consumption: 33 mA ELECTRICAL SPECIFICATIONS Absolute Maximum Ratings Ta = 25°C, VCC = 5 VDC Operating Supply Voltage Electro-optical Characteristics Ta = 25°C, VCC = 5 VDC البته این که تو خط دوم نوشته شده 4 تا 30 cm مربوط به یه نوع از شارپ هاست. رنج های مختلف شارپ می تونن تا چند متر رو هم اندازه بگیرن خروجی این سنسور به صورت ولتاژ بوده که حالت خاصی دارد وبرای تبدیل مستقیم آن به سانتی متر یا واحد های دیگر باید ضابطه ی تابع را از روی نموداری که در دیتاشیت هست بدست آورد که این کار با دقت کمی همراه است خروجی شارپ یک عدده از 0 تا چهار ولت مثلا 3.75 یعنی معادل فاصله 40cm این یه مثال بود این تو دیتاشیت هر سنسور شارپ یه نمودار هست که دقیقا اینو مشخص کرده بهتر است همان عدد خوانده شده از ولتاژ آنالوگ از درگاه ADC را مورد تحلیل و تجزیه قرار داد. در ثانی اکثر سنسور های شارپ تا فاصله مشخصی ،در صورت افزایش فاصله ولتاژ بیشتر و تا حد معینی بالا میرود و اگر فاصله بیشتر شود ولتاژ پایین تر می آید. باید حواسمون باشه کمتر یا بیشتر از رنجی که سنسور تعیین کرده سنسور عدد اشتباه می ده در ضمن برای خواندن آن نیازی به مدار واسطه نمیباشد و با تامین تغذیه ماژول و با استفاده از پایه 1 (Vo) میتوان ولتاژ خروجی مرتبط با فاصله را خواند که حد اقل 0 و تا حدود 3.15 ولت پیشروی دارد . نمونه هایی از سنسور شارپ سنسور فاصله سنج مادون قرمز برد بلند شارپGP2Y0A710K0F سنسور مادون قرمز GP2Y0A710K0F از محصولات شركت SHARP است. ساختار اين سنسور تركيبي است از يك PSD و يك IRED است. يك PSD يك نمايانگر حساس به فاصله و IRED يك ديود نوري مادون قرمز است. به دليل استفاده از روش Triangulation بازتابهاي مختلف مادون قرمز از اجسام، تغييرات دمايي و مدت زمان كاركرد در دقت نهايي سنسور تاثير چنداني ندارد. خروجي سنسور بصورت ولتاژ و متناسب با فاصله لنز تا جسم روبروست. برد سنسور بين 100 تا 550 سانتيمتر است.

مشخصات:   سنسور مادون قرمز برد بلند براي فاصله 100 تا 550 سانتيمتر خروجي ولتاژ آنالوگ                                                                                                                                                         ولتاژ تغذيه 4.5 تا 5.5 ولت جريان مصرفي 30 ميلي آمپر سنسور فاصله سنج مادون قرمز برد بلند شارپ GP2Y0A02YK0F سنسور مادون قرمز GP2Y0A02YK0F از محصولات شركت SHARP است. خروجي اين سنسور بصورت ولتاژ آنالوگ بوده و در ولتاژ تغذيه 4.4 تا 5.5 ولت، خروجي سنسور بين مقادير 2.8 ولت براي فاصله 15 سانتيمتر و 4.0 ولت براي فاصله 150 سانتيمتر متغير خواهد بود. ترمينال خروجي اين سنسور بصورت كانكتور JST است. پيشنهاد ميكنيم كه به همراه سنسور، كابل و كانكتور مربوطه را نيز خريداري كنيد. در غير اينصورت ميتوانيد سيمهاي ارتباطي را در پشت ماژول لحيم كنيد.                     سنسور فاصله سنج مادون قرمز برد كوتاه شارپ GP2D120XJ00F سنسور مادون قرمز GP2D120XJ00F از محصولات شركت SHARP است. خروجي اين سنسور بصورت ولتاژ آنالوگ بوده و در ولتاژ تغذيه 4.5 تا 5.5 ولت، خروجي سنسور بين مقادير 1.3 ولت براي فاصله 3 سانتيمتر و 3.0 ولت براي فاصله 40 سانتيمتر متغير است. ترمينال خروجي اين سنسور نيز بصورت كانكتور JST است. پيشنهاد ميكنيم كه به همراه سنسور، كابل و كانكتور مربوطه را نيز خريداري كنيد. در غير اينصورت ميتوانيد سيمهاي ارتباطي را در پشت ماژول لحيم كنيد. سنسور فاصله سنج مادون قرمز شارپ GP2Y0A21YK سنسور مادون قرمز GP2Y0A21YK از محصولات شركت SHARP است. خروجي اين سنسور بصورت ولتاژ آنالوگ بوده و بين ولتاژ 3.1 ولت در فاصله 10 سانتي متر و 0.4 ولت در فاصله 80 سانتي متر متغير است. ترمينال خروجي اين سنسور نيز بصورت كانكتور JST است. پيشنهاد ميكنيم كه به همراه سنسور، كابل و كانكتور مربوطه را نيز خريداري كنيد. در غير اينصورت ميتوانيد سيمهاي ارتباطي را در پشت ماژول لحيم كنيد.

مطلب چگونه بود لطفا نظر دهید.

سنسور شارپ

مطالب مشابه :

سنسورهای رطوبت و نم

سنسور رطوبت

سنسور شارپ

انواع سنسورها

سنسورها

سنسور