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Please read it carefully, I'm not responsible for any mistakes.In der Robotik ist es manchmal hilfreich, einen Abstand zu einem anderen Objekt (z.B. einer Wand) kontaktlos messen zu können, denn kein Kontakt bedeutet (im Idealfall) kein Verschleiß, sowie eine Beeinflussung der zu messenden Gegenstände.
Hierfür gibt es bereits einige technische Umsetzungen, die dies möglich machen, das wären u.A. Ultraschall (Laufzeitmessung), das Triangulationsverfahren mit Licht, worum es in diesem Artikel geht und die kapazitive Abstandsmessung.
Der unten abgebildete Abstandssensor 2Y0A21 von Sharp basiert auf dem sogenannten Triangulationsverfahren, um Abstände zu bestimmen.
Technische Daten des Sharp 2Y0A21:
- Messbereich: 10 – 80cm
- Versorgungsspannung: 4.5 – 5.5 V
- Betriebstrom: ca. 30mA
- Analoger Ausgang (Nicht linear zur Entfernung!)
- Zeit pro Messung: 38.3ms ± 9.6ms
- Abmessungen 29.5×13×13.5 mm
Wie funktioniert die Abstandsbestimmung per Triangulation?
PSD (eng. Position Sensitive Detector): Ein Sensor, der die eindimensionale Position eines Lichtflecks bestimmt.
Funktioniert ähnlich wie eine Fotodiode, nur eben mit dem Unterschied, dass die Ausgangsspannung mit dem Abstand des Lichtpunktes zum Referenzbereich (Nullpunkt) ansteigt, also je weiter sich das Objekt entfernt, desto weiter verschiebt sich der fokusierte Lichtfleck.
Vorteile:
- Rückwirkungsfreie und verschleißfreie Messung
- Günstig: einfache Funktionsweise
- Schnelle Messung
Nachteile:
- Dämpfung der Lichtintensität bei rauhen/unebenen Oberflächen
–> Führt zu Fehlmessungen - Kleine Objekte können nicht erfasst werden
Ansteuerung des Sensors
Der Sensor kann ganz einfach über eine 5V Eingangsspannung betrieben werden.
Weil durch die interne Taktung der IR-Led Störimpulse auftreten können, empfiehlt es sich, einen zusätzlichen Filterkondensator davor zusetzen. (Kapazität sollte ungefähr 1-10µF betragen)
Am analogen Ausgang liegt je nach Entfernung (10 – 80cm) eine Spannung von 2.3 – 0.4V an.
Auf Seite 5 des Datenblatts (Link in der Beschreibung), sieht man den Zusammenhang zwischen Entfernung und Ausgangspannung und dass dieser leider nicht linear ist.
Da man aber eine lineare Ausgabe in cm will, muss das ganze erst linearisiert werden, was zum Glück recht einfach geht, da die Kurve eine Exponentialfunktion ist.
Mit der Formel Entfernung (in cm) = (3027.4/analogeSpannung)^ 1.2134 wird der am analogen Port gemessene Spannungswert in eine Entfernung umgewandelt, die Angabe erfolgt in cm.
Weiterführende Links
Datenblatt: http://www.sharpsma.com/webfm_send/1489