Entfernungsmessung

Entfernungsmesser messen die Entfernung einiger emittierter Schwingungen (Schall oder Licht), die von einem bestimmten Objekt im Laufe der Zeit reflektiert werden. Von schallbasierten (Sonar-) Entfernungsmessern sind lichtbasierte genauer, und auch hier ist die Lasermessung genauer als die Infrarotreflexionsmessung (im Prinzip, wenn die Hardware zuverlässig ist). Typen:

Schallbasierte (Sonar-) Sensoren
Die technische Lösung English Ultra-Sonic Ranger besteht aus zwei Elementen: einem „Lautsprecher” (oder Signalgeber), der Schallimpulse abgibt, und einem Mikrofon (Signalempfänger), das deren Reflexion erfasst. Aus der zwischen Ausgabe und Wahrnehmung verstrichenen Zeit kann die Entfernung berechnet werden, indem die Geschwindigkeit der Schallausbreitung bekannt ist. Hierher gehören:

• HC--SR04 Sonarsensor
• Ultraschall-Abstandssensor

Infrarot-Abstandssensoren
Der Sensor arbeitet nach der sogenannten Triangulationsmethode. Der Sensor sendet einen schmalen Infrarotlichtstrahl (IR-Lichtwellenlänge 850 nm ± 70 nm) aus. Das emittierte IR-Licht wird von Objekten reflektiert. Der Sensor verwendet eine Optik, um das reflektierte Licht auf ein CCD abzubilden. Je nachdem, wie weit das Ziel entfernt ist, kehrt das reflektierte Licht unter verschiedenen Winkeln zurück und fokussiert entsprechend auf verschiedene CCD-Pixel. Daraus kann bereits die Entfernung ermittelt werden.

• Sharp IR-Abstandssensoren

Laser-Abstandssensoren
Lasersensoren arbeiten wie IR-Sensoren mit der sogenannten Triangulationsmethode. Der vom Sensor emittierte Laserstrahl, der von der gemessenen Oberfläche reflektiert wird, wird durch eine Linse auf die Oberfläche des CCD- oder CMOS-Lichtsensors des Sensors projiziert. Wenn sich die reflektierende Oberfläche nähert oder bewegt, ändert sich auch die Position des auf den Lichtsensor projizierten Punkts, und die Elektronik bestimmt die Entfernung.

• TOF10120 Laser-Distanzsensormodul

Die Entfernungsmessung des TOF10120 wird vom Hersteller mithilfe der Sharp SPAD-Methode (Single Photon Avalanche Diodes) implementiert, die unter Verwendung von CMOS verwendet wird. Es liefert genauere Ergebnisse, ist widerstandsfähiger gegen Umgebungslicht und dank seines optischen Designs ist die Form-Erkennung auch zuverlässiger.Das Modul verwendet für die Messung einen Klasse 1 940-nm-Laser, dessen Erfassungsabstand 10 bis 180 cm beträgt. Sein Ausgang ist UART, seine Kommunikation kann RS-232, I²C oder IIC sein.

• Erfassungsabstand: 100 .. 1800 mm
• Stromversorgung: 3 .. 5V DC
• Stromaufnahme: 35mA
• Betriebstemperatur: -20 .. +70 ° C.
• UART: 9600 Baud, 8N1, Flusskontrolle: Keine

• ①GND Black
• ②VCC Red
• ③RXD Yellow
• ④TXD white
• ⑤SDA blue
• ⑥SCL purple

Die Verdrahtung hängt davon ab, ob I²C oder Seriell verwendet wird. Es ist nicht notwendig, alle 6 Drähte gleichzeitig anzuschließen, 4 sollten ausreichen.

Die folgende Software verwendet I²C für die Kommunikation, dh Arduino Pin0 und Pin1 müssen nicht gemäß der obigen Tabelle verbunden werden.

/*
  TOF10120 Distance Sensor Demonstration
  TOF10120-Demo.ino
  Demonstrates use of TOF10120 Distance Sensor
  Adapted from code from SurtrTech
  Displays results on Serial Monitor
 
  DroneBot Workshop 2019
  https://dronebotworkshop.com
*/
 
#include <Wire.h>
 
unsigned char ok_flag;
unsigned char fail_flag;
 
unsigned short lenth_val = 0;
unsigned char i2c_rx_buf[16];
unsigned char dirsend_flag=0;
 
 
void setup() {
  Wire.begin(); 
  Serial.begin(9600,SERIAL_8N1); 
  printf_begin();          
 
}
 
void loop() {
 
 
   int x=ReadDistance();
 
   Serial.print(x);
   Serial.println(" mm");
 
}
 
int serial_putc( char c, struct __file * )
{
  Serial.write( c );
  return c;
}
 
void printf_begin(void)
{
  fdevopen( &serial_putc, 0 );
}
 
 
 
void SensorRead(unsigned char addr,unsigned char* datbuf,unsigned char cnt) 
{
  unsigned short result=0;
  // step 1: instruct sensor to read echoes
  Wire.beginTransmission(82); // transmit to device #82 (0x52)
  // the address specified in the datasheet is 164 (0xa4)
  // but i2c adressing uses the high 7 bits so it's 82
  Wire.write(byte(addr));      // sets distance data address (addr)
  Wire.endTransmission();      // stop transmitting
  // step 2: wait for readings to happen
  delay(1);                   // datasheet suggests at least 30uS
  // step 3: request reading from sensor
  Wire.requestFrom(82, cnt);    // request cnt bytes from slave device #82 (0x52)
  // step 5: receive reading from sensor
  if (cnt <= Wire.available()) { // if two bytes were received
    *datbuf++ = Wire.read();  // receive high byte (overwrites previous reading)
    *datbuf++ = Wire.read(); // receive low byte as lower 8 bits
  }
}
 
int ReadDistance(){
    SensorRead(0x00,i2c_rx_buf,2);
    lenth_val=i2c_rx_buf[0];
    lenth_val=lenth_val<<8;
    lenth_val|=i2c_rx_buf[1];
    delay(300); 
    return lenth_val;
}

Sharp Fernsensoren sind beliebt für Projekte, die eine genaue Entfernungsmessung erfordern. Diese Serie von Infrarotsensoren unterscheidet sich von anderen IR-Sensoren durch ihre Zuverlässigkeit. Es kann einfach an Mikrocontroller angeschlossen werden: Ein Analogausgang kann für Entfernungsmessungen an einen Analog-Digital-Wandler angeschlossen werden, oder der Ausgang kann an einen Kompensator zur Schwellenwerterkennung angeschlossen werden.

Der Erfassungsbereich der verschiedenen Versionen beträgt ungefähr 10 cm bis 150 cm; Der Abstand wird von den Maßeinheiten immer auf die Ausgangsspannung abgebildet.

Die meisten Sharp-Modelle verwenden einen 3-poligen JST-Anschluss, der das 3-polige JST-Kabel mit Sharp-Fernsensoren verbindet. Von hinten gesehen sind die drei Verbindungen von links nach rechts Strom (rot), Masse (schwarz) und Ausgangssignal (gelb).

Die Sharp IR-Fernsensoren verwenden einen PSD-Sensor zu messen:

Es ist wichtig zu wissen, dass die Distanz-Spannungs-Umwandlung von Sensoren auch aus Versehen nicht linear ist. Die folgende Abbildung zeigt beispielsweise die Spannungsabstandskurve für GP2Y0A21YK:

distance_ir_analog_sharp_gp2y0a21yk.pdf
distance_ir_analog_sharp_gp2y0a21yk_new.pdf
distance_ir_analog_sharp_gp2y0a41sk0f.pdf

rot (Stromversorgung): Arduino +5V DC
schwarz (Grund): Arduino GND
gelb (Signal): Arduino Analogeingang

GP2Y0A21(YK0F), GP2Y0A41(SK0F):
Beispielsoftware aus Github: https://github.com/jeroendoggen/Arduino-distance-sensor-library

Das Modul leitet die Entfernung durch Messen der Zeit der Schallreflexion ab, d. H. Es arbeitet nach dem Sonarprinzip (wie das Sonar von U-Booten). Natürlich ist dieses Modul auch unter mehreren Namen bekannt, zum Beispiel: SRF04 - Ultra-Sonic Ranger.

Die Messung kann mit einem 10 μs TTL-Impuls gestartet werden. Das Modul sendet dann 8 Zyklen lang 40-kHz-Schallimpulse aus und erkennt dann deren Reflexion mit dem Mikrofon. Die Entfernung beträgt Reaktionszeit (μs) / 58 = Abstand (cm)
oder
Reaktionszeit (μs) / 148 = Abstand (Zoll)

Der Hintergrund dieser Berechnung ist:

Messungen sollten nicht innerhalb von 60 ms wiederholt werden, da sie sich gegenseitig stören können:

distance_ultrasonic_srf04.pdf

Arduino 5V ↔ HC-SR04 Vcc
Arduino GND ↔ HC-SR04 Gnd
Arduino pin 11 ↔ HC-SR04 „Echo”
Arduino pin 12 ↔ HC-SR04 „Trig”

Die Bibliothek und Beispielprogramme für das Modul können von Github heruntergeladen werden:

• https://github.com/JRodrigoTech/Ultrasonic-HC-SR04
  
• https://bitbucket.org/teckel12/arduino-new-ping/downloads/
  

Der Sensor, der in Autos als Umkehrradar fungiert, muss ähnlich wie der obige Sensor HC-SR04 verdrahtet und programmiert werden. Dies hat im Gegensatz dazu den Vorteil, dass es über größere Entfernungen erfasst und wasserdicht ist. Technische Daten:

Betriebsspannung: DC 5V
Standby-Stromaufnahme: 5mA
Betriebsstromaufnahme: 30mA
Übertragungsfrequenz: 40KHz
Maximale Entfernung: 5M
Totraum: 25cm
Genauigkeit: 0,5 cm
Betrachtungswinkel: <50 °
Betriebstemperatur: -10 bis 70 ° C
Lagertemperatur: -20 bis 80 ° C
Größe: 41×28,5 mm
Kabellänge: 2,5 m