sunzhaod 发表于 2010-3-26 10:54:50

Sharp红外传感器的原理以及使用技巧

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(原文件名:sharp红外距离传感器.jpg)

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(原文件名:sharp红外距离传感器2.jpg)

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(原文件名:sharp红外距离传感器B.jpg)

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(原文件名:GP2Y0A21距离传感器.jpg)
在过去几年中，Sharp开发了很多种红外距离传感器。这些传感器不但体积小，功耗也很低。这篇文章就简单的介绍一下这些传感器的不同点，使用方法，接口方法以及一些使用上的小技巧。
工作原理：

Sharp的红外传感器都是基于一个原理，三角测量原理。红外发射器按照一定的角度发射红外光束，当遇到物体以后，光束会反射回来，如图1所示。反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后，会获得一个偏移值L，利用三角关系，在知道了发射角度a，偏移距L，中心矩X，以及滤镜的焦距f以后，传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。
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(原文件名:1.jpg)
可以看到，当D的距离足够近的时候，L值会相当大，超过CCD的探测范围，这时，虽然物体很近，但是传感器反而看不到了。当物体距离D很大时，L值就会很小。这时CCD检测器能否分辨得出这个很小的L值成为关键，也就是说CCD的分辨率决定能不能获得足够精确的L值。要检测越是远的物体，CCD的分辨率要求就越高。
其实在SHARP红外距离传感器中的接收器采用的不是CCD而是线阵列红外光电传感器称为PSD，这个在它的datasheet中有介绍。
非线性输出：

Sharp GS2XX系列的传感器的输出是非线性的。没个型号的输出曲线都不同。所以，在实际使用前，最好能对所使用的传感器进行一下校正。对每个型号的传感器创建一张曲线图，以便在实际使用中获得真实有效的测量数据。下图是典型的Sharp GP2D12的输出曲线图。
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(原文件名:2.gif)
图2：Sharp GP2D12输出曲线

从上图中，可以看到，当被探测物体的距离小于10cm的时候，输出电压急剧下降，也就是说从电压读数来看，物体的距离应该是越来越远了。但是实际上并不是这样的，想象一下，你的机器人本来正在慢慢的靠近障碍物，突然发现障碍物消失了，一般来说，你的控制程序会让你的机器人以全速移动，结果就是，"砰"的一声。当然了，解决这个方法也不是没有，这里有个小技巧。只需要改变一下传感器的安装位置，使它到机器人的外围的距离大于最小探测距离就可以了。如图3所示:
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(原文件名:3.jpg)

图3：可以避免探测误差的安装图示

　
型号对比：

目前Sharp的红外线传感器有如下几种类型：

GP2D02 （串口输出）探测范围 10cm-80cm

GP2D05 （数字输出）探测范围 固定的24cm

GP2D12 （模拟输出）探测范围 10cm-80cm

GP2D15 （数字输出）探测范围 24cm

GP2D120 （模拟输出）探测范围 4cm-30cm

GP2YOAO2YK （模拟输出）探测范围 20cm-150cm

GP2Y0D02YK （数字输出）探测范围 80cm

所有的模拟输出，其输出电压和距离成反比，数字输出只能检测在范围内物体是存在还是不存在，而不能提供距离的检测。
下面是GP2D12和GP2D15的DataSheet
点击此处下载 ourdev_541200.pdf(文件大小:62K) (原文件名:GP2D12_15.pdf)

sunzhaod 发表于 2010-3-26 11:32:57

关于PSD
    PSD，他的英文名称是PositionSensitiveDetectors，它是一种模拟光电位置传感器，目前主要是日本厂商生产这种器件。因为是模拟器件，故而它存在一些缺点，例如温度稳定性不好，不容易区分干扰光与测量光，线性度不如CCD 器件。但这也不是没有办法解决，通过特殊的测量取样方式可以最大限度的弥补上述缺点，从而生产出好用的产品。但目前国内生产的PSD产品多数测量范围不超过正负6度，测量精度只有0.05到0.1度。

   位置敏感器件PSD (Position Sensitive Device)。PSD 属于半导体器件, 一般做成P+IN结构,具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快和配置电路简单等优点, 其弱点主要是非线性。其工作原理是基于横向光电效应。作为新型器件, PSD 已经被广泛应用在位置坐标的精确测量上, 如: 兵器制导和跟踪、工业自动控制、或位置变化等技术领域上.
    PSD光电器件是一种光能/位置转换器件，由于位置量为模拟量输出，系统响应快，分辨率高，成本低，因此具有广泛应用的价值。同时可对目标信号进行调制，因而可以显著提高系统的抗干扰能力，可以用来实现高速、高精度、抗干扰能力强的位置检测系统。因而近年来采用PSD作为位置检测实现技术一直受到重视，并不断研究开发出新的应用技术。研究表明，PSD与CCD器件的最大不同之处是光电位置信号与照射强度相关，以及PSD信号的非线性影响，因而PSD传感装置主要用于一维和二维位置量检测，直接用于D3定位和位置测量还有许多问题需要解决。

dengting 发表于 2010-4-13 00:32:41

拜读！

qhshilin 发表于 2010-4-13 14:52:45

mark!

qzf368 发表于 2010-4-13 17:30:25

广告？

zqd311107 发表于 2010-4-13 21:38:43

欢迎访问我的豆丁网主页

vincent101 发表于 2010-4-14 09:48:54

受教了，之前还以为是靠收发时间差来测距的，还纳闷什么东东反应这么快呢，现在恍然大悟。

rocklinsuv 发表于 2010-4-14 10:57:36

可以通过一条公式来变换 直接获取当前障碍物与传感器的距离 不需要调整安装角度

xinjie1023 发表于 2010-5-25 16:21:29

学习，手头只有2脚简单的那种红外管

isme00174 发表于 2010-6-14 11:42:42

不错，收藏ing.......

zyw19987 发表于 2010-6-15 11:34:01

记号

mlhorizon 发表于 2010-6-15 13:01:30

卖这么贵？淘宝里面那些同型号的50块左右。

gdlhh2008 发表于 2010-8-13 20:05:04

楼主不知道有没有相关STC12C5A60S2方面红外测距的资料的，有的话，分享下啊，我的QQ：786961163@qq.com

先谢过啦~~

zqd311107 发表于 2010-9-18 00:37:52

主不知道有没有相关STC12C5A60S2方面红外测距的资料的，有的话，分享下啊，我的QQ：786961163@qq.com

先谢过啦~~

ju748 发表于 2010-10-8 03:04:55

记号

I爱电子 发表于 2013-9-2 13:13:37

mark。。

nishuizhou 发表于 2014-1-22 09:13:23

正好我要用

lgy026 发表于 2014-7-15 14:38:42

，楼主知道那个sharp的红外传感器中的芯片是什么？？

jomerwj1 发表于 2014-9-9 10:27:16

我想找一个能测距30MM左右，能探测黑色与白色，返回给CPU模拟值一样，有谁能推荐一下？

hyper320 发表于 2014-9-9 12:57:40

不错，收藏

zkm 发表于 2014-9-9 19:05:44

jomerwj1 发表于 2014-9-9 10:27
我想找一个能测距30MM左右，能探测黑色与白色，返回给CPU模拟值一样，有谁能推荐一下？ ...

给你推荐一款威世的VCNL4020{:smile:}
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