August 19, 2013

Sensori Infrarossi

Il sensore scelto, GP2D120, in figura, prodotto dalla Sharp fornisce un’uscita analogica che varia tra 3.1V a 4cm fino a 0.3V a 30cm. Si basano sulla rilevazione della riflessione da parte dell’oggetto rilevato di un fascio luminoso proveniente dall’emettitore infrarosso.

Sharp GP2D120

Sharp GP2D120

Il sensore fa variare la tensione in uscita al variare della distanza. La tensione decresce in ragione inversa della distanza dell’oggetto che ostacola il raggio emesso dall’emettitore [Bibliografia in fondo alla pagina].

Il sensore è costituito da un emettitore di luce infrarossa (il “LED”) e da un insieme di piccoli ricevitori (celle) infrarossi disposti sulla stessa linea il “PSD” (Position Sensitive Detector) in figura. La cella colpita dalla luce riflessa restituisce un valore proporzionale alla distanza, usando il “Signal processing circuit”.

Struttura Sharp

Struttura Sharp

Le caratteristiche generali del sensore sono quindi elencate qui di seguito:

  • Uscita analogica compresa tra i 0V a i 3V;
  • Range di copertura 4cm a i 30cm;
  • Tempo di risposta: 39ms;
  • Ritardo di avvio: 44ms;
  • Consumo medio 33mA.

Usando le informazioni contenute nel “datasheet” del componente e dai test effettuati è stato possibile costruire una curva che in funzione dell’uscita in Volt del sensore potesse dare un valore in centimetri della distanza dell’oggetto misurato.

Nella figura si possono notare tre curve, la prima in rosso è data dai campioni misurati, la seconda in verde è la retta ottenuta utilizzando il criterio dei minimi quadrati, che come si può osservare si discosta molto dai valori misurati ed infine quella ottenuta utilizzando il metodo di regressione di potenze, dalla quale, dato xin \left[0V,3V\right] si ottiene:

y\left(x\right) = h\cdot x^b \quad \left[cm\right]

con i parametri h e b eguali a:

 h = 12.330333327609052 \qquad b = -1.109957963051577

Questa soluzione che è la più realistica, in base alle misure effettuate, dal punto di vista dell’elaborazione mediante un microcontrollore, in quanto lo sviluppo di questa funzione richiede calcoli in virgola mobile. Per una esecuzione più veloce, rispetto alla eq. Caratteristica Esponenziale, si può adoperare la formulazione posta nel “datasheet” del sensore la cui formula è:

 y\left(x\right) = \left(x - 0.42\right)^{-1} \quad \left[cm\right]
Caratteristica definitiva

Caratteristica sensore

Il sensore, come tutti i sensori di prossimità è soggetto ad una imprecisione della rilevazione mano a mano che l’ostacolo si trova più lontano dal ricevitore (nella figura seguente) perché il ottiene quindi un cono di effettiva visibilità del sensore si allarga all’aumentare della distanza.

Va inoltre posta attenzione al posizionamento di fonti di luce artificiale: la proiezione di una forte luce su questi sensori ne può provocare l’accecamento.

12-RaggioVisibilita

Visibilità sensore infrarossi

Bibliografia

E. Doebelin, Strumenti e metodi di misura, 2nd ed. McGraw-Hill, 2008.

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