(SKU:RB-02S041)夏普 GP2D12 紅外測距傳感器（10cm - 80cm）

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RB-02S041.jpg

目錄

產(chǎn)品概述

GP2D12 IR Sensor 是日本夏普公司推出的一款性價比高、最常用的紅外測距傳感器、其可用來對物體的距離進行測量，實現(xiàn)輪式機器人的避障功能。它不但體積小、功耗低、價格便宜，而且測距效果好，適合廣大機器人發(fā)燒友使用。

規(guī)格參數(shù)

  1. 測量射程范圍：10 to 80 cm
  2. 最大允許角度：>40°
  3. 電源電壓：4.5 to 5.5V
  4. 平均功耗：35mA
  5. 峰值功耗：約200mA
  6. 更新頻率/周期：25Hz / 40ms
  7. 模擬輸出噪聲：<200mV
  8. 測量距離與輸出模擬電壓關(guān)系：2.4V~0.4V模擬信號對應(yīng)10cm~80cm，輸出與距離成反比非線性關(guān)系

產(chǎn)品尺寸圖

RB-02S0411.jpg

模擬信號與測量距離對應(yīng)表

RB-02S0412.jpg

上圖就是GP2D12紅外線測距傳感器的電壓值與距離值的關(guān)系曲線，從這個曲線可以看出，電壓輸出與距離成反比，而且是非線性關(guān)系。根據(jù)上圖關(guān)系曲線，大約關(guān)系為10cm距離時有2.55V輸出,80cm距離時有0.42V輸出。可以通過該曲線擬合出電壓值與距離值的數(shù)學(xué)關(guān)系式，但是這個關(guān)系式里的距離是參考距離值，實際距離值=(參考距離值-0.42)cm，另外由于Arduino的模擬量采樣命令analogRead()，采樣的數(shù)據(jù)范圍是0至1023，對應(yīng)的電壓范圍是0至5V,每格數(shù)據(jù)代表0.0049V，于是讀取的有效數(shù)據(jù)應(yīng)該由86(0.42V)至520(2.548V)。所以最終可以推導(dǎo)出實際距離與采樣數(shù)據(jù)之間的關(guān)系式為：
實際距離=2547.8/((float)采樣數(shù)據(jù)*0.49-10.41)-0.42

信號輸出

ADC0831可以將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號輸出

RB-02S0413.jpg

接口定義

  • Vo：輸出引腳
  • GND:電源地
  • Vcc：電源正極

使用方法

工作原理

通過紅外線的反射原理，從發(fā)射到接收到回傳信號，傳感器共引出三個引腳分別接，信號線S、電源地G、電源正VCC，將信號線與 Arduino 板的 Analog IN 引腳相連接。通過對Arduino編程實現(xiàn)模擬量讀取，程序簡短好用。

性能簡評

GP2D12使用性能個人簡評：
優(yōu)點：

  • 紅外傳感器連接使用簡單，對于1米以內(nèi)的中距離測試精度良好、性能優(yōu)越。
  • 數(shù)據(jù)測量值穩(wěn)定，測量結(jié)果波動較小。
  • 數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，程序讀取簡單不會在數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象，錯誤信號較少。

缺陷：

  • GP2d12測量范圍有限，最大值80cm，并且從60cm開外的距離開始測量值的波動較大，與實際情況偏差增大。（60cm為室內(nèi)環(huán)境的個人感受，不同環(huán)境所產(chǎn)生的干擾不同所以可能達到的精度也有所不同。）
  • 當障礙物（或目標）與紅外傳感器之間的距離小于10cm時，測量值將與實際值出現(xiàn)明顯偏差，當距離值從10降至0的過程中，測量值將在10~35之間遞增。（電壓值與距離值關(guān)系：如圖）
  • 紅外傳感器，使用時會受到環(huán)境光的影響，在室內(nèi)使用時，傳感器數(shù)據(jù)接收時可能會受到白熾燈光線的印象，產(chǎn)生一些非真的距離值。

GP2D12使用注意及使用優(yōu)化方式：

  • 當多個GP2d12同時連接Arduino板使用時，由于供電量的增加，可能造成電壓不穩(wěn)定而對測量結(jié)果產(chǎn)生偏差。從硬件角度可以通過在VCC與 GND之間接電容的方式來穩(wěn)定對GP2d12的供電，減少供電電壓波動對測量結(jié)果的影響，或者在GND與數(shù)據(jù)線之間接一個電容減小輸出電壓的波動略去可能出現(xiàn)的誤差信號，提高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。（接線見附錄圖）
  • 針對測量時可能產(chǎn)生的干擾和誤差數(shù)值，可能從軟件的角度進行改進和防止，通過多次的測量記錄，排除一場輸入量后，取均值來的到一個較為穩(wěn)定更為接近實際值的測量數(shù)據(jù)。其次可以根據(jù)實際的使用要求，可以進行有效值的范圍定義，過濾超出范圍的測量結(jié)果，該范圍可根據(jù)使用情況自行界定。
  • 針對紅外傳感器測量時，可能受環(huán)境光影響測量結(jié)果，在安放使用時竟可能避免傳感器正對燈光的使用，可以將 GP2d12的發(fā)射接收端水平放置進行測量，盡可能減少環(huán)境光帶來的干擾。

總體來說:

  • GP2d12在對測量精度要求不高，測量范圍在1m以內(nèi)的情況下，對物體距離值的定位是非常簡單有效地、操作簡便、實用性強。

接線方法

將傳感器連接到UNO控制器模擬口A1上，注意對應(yīng)線序：一般情況下3P線黃色接信號，紅色接電源正，黑色接電源負

例子程序

#define pin A0
void setup () 
{
        Serial.begin (9600);
        pinMode (pin, INPUT);
}
void loop () 
{
        uint16_t value = analogRead (pin);
        uint16_t range = get_gp2d12 (value);
        Serial.println (value);
        Serial.print (range);
        Serial.println (" mm");
        Serial.println ();
        delay (500);
}

//return distance (mm)
uint16_t get_gp2d12 (uint16_t value) {
        if (value < 30)
                value = 30;
        return ((67870.0 / (value - 3.0)) - 40.0);
}

程序效果

打開 Arduino IDE 串口監(jiān)視器可以觀察到當前傳感器測試到的距離。

02S04110.png

應(yīng)用例程

連接示意圖

RB-02S0414.jpg

首先將距離傳感器固定到舵機上，可以使用熱熔膠或者膠帶。然后使用一個1uf電解電容和一個22uf電解電容并聯(lián)在5V穩(wěn)壓芯片L4940V5上。將紅外距離傳感器的信號線插入0號模擬引腳。4個LED通過1KΩ電阻插入3、5、6、11引腳。最后將舵機信號線接在9號引腳上。

例子程序

#include <Servo.h>
 const int SERVO  =9;   //伺服電機連接在9號引腳
 const int IR     =0;   //紅外距離傳感器連接在0號模擬引腳
 const int LED1   =3;   //LED輸出1
 const int LED2   =5;   //LED輸出2
 const int LED3   =6;   //LED 輸出3
 const int LED4   =11;  //LED 輸出4

Servo myServo;     //伺服電機對象
int dist1 = 0;     //第一象限距離
int dist2 = 0;     //第二象限距離
int dist3 = 0;     //第三象限距離
int dist4 = 0;     //第四象限距離

void setup()
{
    myServo.attach(SERVO); //綁定伺服電機
    pinMode(LED1, OUTPUT); //將LED設(shè)置為輸出
    pinMode(LED2, OUTPUT); //將LED設(shè)置為輸出
    pinMode(LED3, OUTPUT); //將LED設(shè)置為輸出
    pinMode(LED4, OUTPUT); //將LED設(shè)置為輸出
}

void loop()
{
    //將伺服電機在4個區(qū)域中掃描并改變LED亮度
    dist1 = readDistance(15);     //在15°處進行紅外測距
    analogWrite(LED1, dist1);     //調(diào)節(jié)LED亮度
    delay(300);                   //下次測量前的延時
 
    dist2 = readDistance(65);     //在65°處進行紅外測距
    analogWrite(LED2, dist2);     //調(diào)節(jié)LED亮度
    delay(300);                   //下次測量前的延時
 
    dist3 = readDistance(115);    //在115°處進行紅外測距
    analogWrite(LED3, dist3);     //調(diào)節(jié)LED亮度
    delay(300);                   //下次測量前的延時
 
    dist4 = readDistance(165);    //在165°處進行紅外測距
    analogWrite(LED4, dist4);     //調(diào)節(jié)LED亮度
    delay(300);                   //下次測量前的延時
}

int readDistance(int pos)
{
    myServo.write(pos);                //轉(zhuǎn)動到指定位置
    delay(600);                        //等待伺服電機轉(zhuǎn)動
    int dist = analogRead(IR);         //讀取紅外傳感器
    dist = map(dist, 50, 500, 0, 255); //轉(zhuǎn)換到LED的范圍內(nèi) 
    dist = constrain(dist, 0, 255);    //約束它
    return dist;                       //返回縮放后的距離
}

程序效果

當舵機轉(zhuǎn)動到一個給定的位置時測定距離，將其轉(zhuǎn)換為LED的亮度值，改變LED的亮度值，將其轉(zhuǎn)向下一個位置，然后繼續(xù)，如此重復(fù)。

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