Для одного интересного проекта нужен был многоканальный сенсорный модуль слежения за линией. После недолгих поисков был выбран дешевый 4-х канальный модуль отслеживания линии YL-70. В комплект сенсорного модуля трекера линии YL-70 входит еще один небольшой сенсорный модуль YL-73, имеющий на борту инфракрасный светодиод и фототранзистор. Всего в комплект входит четыре аналогичных сенсорных модуля.

Модуль YL-70 содержит одну микросхему счетверенного компаратора напряжения LM339 и 4 переменных резистора 10 кОм. Потенциометры устанавливают порог срабатывания ИК обнаружения приближения. Также имеется 5 светодиодов SMD для индикации состояния.

Основные характеристики

• Рабочее напряжение: 3,3-5 В
• Рабочий ток: 10 мА
• Расстояние обнаружения: от 1 мм до 60 см, регулируется.
• Выходной сигнал: уровень TTL
• Выходной интерфейс: 6-проводной (VCC и GND = вход источника питания, 1234 = сигнальный выход)
• Входной интерфейс (YL-73 x4): 3-проводной (VCC-GND-IN)

Модуль YL-73 представляет собой простой ИК датчик приближения. Каждый модуль имеет 5 мм инфракрасный светодиод с «прозрачной линзой» и 5 мм кремниевый фототранзистор «черной эпоксидной смолы». Кремниевый фототранзистор в форме светодиода – распространенный PT333-3B.

Следование по линии — один из самых простых способов успешного и точного перемещения роботизированного транспортного средства. Данный 4-канальный модуль YL-70 обеспечивает простое отслеживание линии, а соответствующий датчик линии YL-73 состоит из отправителя и приемника инфракрасного излучения. Каждая пара может почувствовать разницу между дорожкой разного цвета и полем.

Модуль YL-70 выдает высокий выходной сигнал, когда модуль YL-73 обнаруживает черную линию, и низкий, в случае белой линии (только если конфигурация подстроечного резистора установлена соответствующим образом). Проще говоря, ток через фототранзистор зависит от уровня отраженного света, поэтому, когда YL-73 находится над ярко-белой поверхностью, YL-70 выдает выходной сигнал с низким логическим уровнем, и наоборот.

Обратите внимание, что один из пяти светодиодов (D5) в модуле YL-70 является индикатором питания, а остальные (D1-D4) индикаторами сигналов. Каждый сигнальный светодиод загорается, когда выход соответствующего канала переходит в состояние LOW.

Принципиальные схемы

Вот схема модуля YL-70.

Каждый компаратор LM339 подключен в неинвертирующем режиме с регулируемым порогом, но без гистерезиса.

Далее представлена схема YL-73.

Инфракрасный светодиод преобразует электрический ток в инфракрасный свет, а фототранзистор преобразует фотоны, падающие на область его основания, в ток базы, который контролирует ток коллектора. Здесь фототранзистор подключен по схеме с общим эмиттером, с нагрузочным резистором на коллекторе. По мере увеличения мощности света, падающего на фототранзистор, ток коллектора увеличивается, вызывая падение напряжения коллектора из-за падения напряжения на нагрузочном резисторе. Ток коллектора достигает верхнего предела, когда фототранзистор входит в область насыщения, в которой напряжение коллектор-эмиттер становится примерно 200 мВ, а оставшееся падение напряжения на шине 5 В появляется на нагрузочном резисторе (любое дальнейшее увеличение мощности света, приложенного к фототранзистор больше не будет увеличивать ток коллектора сверх этой точки).

Нагрузочный резистор – резистор смещения (RL) будет формировать выходной сигнал фототранзистора, и его можно разместить выше или ниже фототранзистора. Здесь сопротивление 4,7 МОм повышает напряжение, поскольку свет увеличивает падение выходного напряжения.

Рекомендации по применению фототранзистора ON Semiconductor описывают два режима, в которых могут использоваться фототранзисторы – режим переключения и активный режим. В принципе, режим задается номиналом нагрузочного резистора следующим образом:

• Режим переключения: V CC < RL x I CC
• Активный режим: V CC > RL x I CC

Где V CC — напряжение питания, а I CC — максимальный предполагаемый ток.

В режиме переключения (в данном случае) фототранзистор либо «включен», либо «выключен», а выход полезен для обнаружения объекта, распознавание энкодера и так далее. Высокое выходное напряжение в режиме переключения должно равняться напряжению питания (Vcc), а выходное напряжение LOW в режиме переключения должно быть менее 0,8 В.

Поскольку Y-70 представляет собой модуль инфракрасного детектора ближнего радиуса действия, его можно использовать во многих устройствах, помимо самой робототехники. Например для сборки 4-х канального автоматического контроллера водопроводного крана или 4-х канальной бесконтактной электрической распределительной коробки.

Вот простейший одноканальный бесконтактный тумблер с помощью Arduino Uno. Его можно использовать для управления внешними электрическими нагрузками с помощью твердотельного реле, махнув рукой перед инфракрасным датчиком. Ниже приведен код, который использовался для теста.

int switchState = 0;
int switchPin = 13;
int sensorPin = 12;
int sensorNew;
int sensorOld = 1;
int dtime = 100;
void setup() {
pinMode(switchPin, OUTPUT);
pinMode(sensorPin, INPUT);
}
void loop() {
sensorNew = digitalRead(sensorPin);
if (sensorOld == 0 && sensorNew == 1) {
if (switchState == 0) {
digitalWrite(switchPin, HIGH);
switchState = 1;
}
else {
digitalWrite(switchPin, LOW);
switchState = 0;
}
}
sensorOld = sensorNew;
delay(dtime);
}

Таким образом, мы подробно изучили принцип и схему работы 4-канального модуля слежения за линией, а также рассмотрели возможности его альтернативного применения совместно с Arduino. Если достаточно одного канала – смотрите эту схему.