紅外線物體偵測 (1)

實驗目的

練習用紅外線接收器與發射器來實作紅外線物體偵測(Infrared Object Detection)。

紅外線物體偵測

我們在「用紅外線動作感測器(PIR Motion Sensor)控制 LED 的開關」一文中提到，紅外線感測器有分主動式和被動式兩種。紅外線動作感測器(PIR Motion Sensor)是屬於被動式的紅外線裝置，感應器本身不會發射紅外線光束，而另一種則是會發射紅外線光束的主動式紅外線感測器。主動式紅外線感測器常用於物體的偵測，例如自動沖水小便斗或感應式水龍頭，還有避障自走車等。

主動式紅外線感測器大概可分為「反射型」和「遮光型」兩種。如下圖所示，所謂反射型紅外線感測器，是把接收器與發射器並排，讓發射器不斷發出紅外線光束，當接收器收到反射過來的光線時，表示前方有物體或障礙物:

 
▲ 反射型紅外線感測器

而所謂遮光型紅外線感測器，則是把接收器與發射器安置在兩端，兩者相對，發射器一樣不斷發出紅外線光束，當光線被遮擋時，就表示中間有物體或障礙物，如下圖所示:

▲ 遮光型紅外線感測器

準備材料

• 麵包板 x 1
• Arduino 主板 x 1
• 38 kHz 紅外線接收器(如 TSOP2438,TSOP4438, PNA4602, FM-8038TM2-5DN) x 1
• 發射波長為 940nm (nanometer, 奈米) 的紅外線發射器 x 1
• 100 歐姆電阻 x 1
• LED x 1
• 單心線 x N

接線

• 把紅外線發射器(IR LED)接到 pin 3，長腳(陽極)串接一顆 100 ohm 電阻接到 pin 3，短腳(陰極)接到 GND
• 照下表把紅外線接收器跟 Arduino 連接起來:

紅外線接收器接腳	Arduino 接腳
Vcc(+ 或 V+)	接到 +5V 電源
GND(-)	接到 GND
Vout(或 OUT)	接到 pin 2。你可以接到其它 Digital pin，但程式要配合修改

▲ 有些紅外線接收器 GND 和 Vcc 是相反的，接線時請查閱你的 datasheet

實驗一:  利用紅外線反射偵測物體

接下來我們先來做第一個實驗，利用紅外線反射偵測物體。

利用紅外線反射偵測物體，在架設紅外線接收器與發射器的時候，接收器與發射器要並排，除此之外，另一個要注意的重點是，因為接收器很靈敏，所以要用個套管套住發射器(IR LED)，讓光束往前直射，不然的話光束很容易受到其它物體反射而影響接收器的反應。如果手邊沒有套管，用黑膠布或捲紙把發射器包裹起來也是可以的:

 

程式

底下就是利用紅外線反射偵測物體的程式(irObjectDetection.pde)，在偵測到物體的時候，指示燈會閃爍:

比較微妙的地方是 tone(irLed, frequency); 這行指令，這行指令會一直產生 38 kHz 頻率的脈波 (Pulses)。我們在「控制蜂鳴器發聲」用過 tone() 指令，當時是 tone() 指令讓蜂鳴器發出不同音階的聲音。

如果你用的紅外線接收器很靈敏，即使把發射器用套管套住了，還是很容易收到從小角度透出來的光束的話，可以調整一下發射器的頻率，把頻率加或減 2~3 kHz 試看看。

示範影片

下一篇將進行第二個實驗「利用遮光偵測物體」。