“(SKU:RB-02S041)夏普 GP2D12 红外测距传感器（10cm - 80cm）”的版本间的差异

2015年12月29日 (二) 16:35的最后版本

产品概述

GP2D12 IR Sensor 是日本夏普公司推出的一款性价比高、最常用的红外测距传感器、其可用来对物体的距离进行测量，实现轮式机器人的避障功能。它不但体积小、功耗低、价格便宜，而且测距效果好，适合广大机器人发烧友使用。

规格参数

1. 测量射程范围：10 to 80 cm
2. 最大允许角度：>40°
3. 电源电压：4.5 to 5.5V
4. 平均功耗：35mA
5. 峰值功耗：约200mA
6. 更新频率/周期：25Hz / 40ms
7. 模拟输出噪声：<200mV
8. 测量距离与输出模拟电压关系：2.4V~0.4V模拟信号对应10cm~80cm，输出与距离成反比非线性关系

产品尺寸图

模拟信号与测量距离对应表

上图就是GP2D12红外线测距传感器的电压值与距离值的关系曲线，从这个曲线可以看出，电压输出与距离成反比，而且是非线性关系。根据上图关系曲线，大约关系为10cm距离时有2.55V输出,80cm距离时有0.42V输出。可以通过该曲线拟合出电压值与距离值的数学关系式，但是这个关系式里的距离是参考距离值，实际距离值=(参考距离值-0.42)cm，另外由于Arduino的模拟量采样命令analogRead()，采样的数据范围是0至1023，对应的电压范围是0至5V,每格数据代表0.0049V，于是读取的有效数据应该由86(0.42V)至520(2.548V)。所以最终可以推导出实际距离与采样数据之间的关系式为：
实际距离=2547.8/((float)采样数据*0.49-10.41)-0.42

信号输出

ADC0831可以将模拟信号转为数字信号输出

接口定义

• Vo：输出引脚
• GND:电源地
• Vcc：电源正极

使用方法

工作原理

通过红外线的反射原理，从发射到接收到回传信号，传感器共引出三个引脚分别接，信号线S、电源地G、电源正VCC，将信号线与 Arduino 板的 Analog IN 引脚相连接。通过对Arduino编程实现模拟量读取，程序简短好用。

性能简评

GP2D12使用性能个人简评：
优点：

• 红外传感器连接使用简单，对于1米以内的中距离测试精度良好、性能优越。
• 数据测量值稳定，测量结果波动较小。
• 数据传输稳定，程序读取简单不会在数据传输过程中出现卡死的现象，错误信号较少。

缺陷：

• GP2d12测量范围有限，最大值80cm，并且从60cm开外的距离开始测量值的波动较大，与实际情况偏差增大。（60cm为室内环境的个人感受，不同环境所产生的干扰不同所以可能达到的精度也有所不同。）
• 当障碍物（或目标）与红外传感器之间的距离小于10cm时，测量值将与实际值出现明显偏差，当距离值从10降至0的过程中，测量值将在10~35之间递增。（电压值与距离值关系：如图）
• 红外传感器，使用时会受到环境光的影响，在室内使用时，传感器数据接收时可能会受到白炽灯光线的印象，产生一些非真的距离值。

GP2D12使用注意及使用优化方式：

• 当多个GP2d12同时连接Arduino板使用时，由于供电量的增加，可能造成电压不稳定而对测量结果产生偏差。从硬件角度可以通过在VCC与 GND之间接电容的方式来稳定对GP2d12的供电，减少供电电压波动对测量结果的影响，或者在GND与数据线之间接一个电容减小输出电压的波动略去可能出现的误差信号，提高数据稳定性。（接线见附录图）
• 针对测量时可能产生的干扰和误差数值，可能从软件的角度进行改进和防止，通过多次的测量记录，排除一场输入量后，取均值来的到一个较为稳定更为接近实际值的测量数据。其次可以根据实际的使用要求，可以进行有效值的范围定义，过滤超出范围的测量结果，该范围可根据使用情况自行界定。
• 针对红外传感器测量时，可能受环境光影响测量结果，在安放使用时竟可能避免传感器正对灯光的使用，可以将 GP2d12的发射接收端水平放置进行测量，尽可能减少环境光带来的干扰。

总体来说:

• GP2d12在对测量精度要求不高，测量范围在1m以内的情况下，对物体距离值的定位是非常简单有效地、操作简便、实用性强。

接线方法

将传感器连接到UNO控制器模拟口A1上，注意对应线序：一般情况下3P线黄色接信号，红色接电源正，黑色接电源负

例子程序

#define pin A0
void setup () 
{
        Serial.begin (9600);
        pinMode (pin, INPUT);
}
void loop () 
{
        uint16_t value = analogRead (pin);
        uint16_t range = get_gp2d12 (value);
        Serial.println (value);
        Serial.print (range);
        Serial.println (" mm");
        Serial.println ();
        delay (500);
}

//return distance (mm)
uint16_t get_gp2d12 (uint16_t value) {
        if (value < 30)
                value = 30;
        return ((67870.0 / (value - 3.0)) - 40.0);
}

程序效果

打开 Arduino IDE 串口监视器可以观察到当前传感器测试到的距离。

应用例程

连接示意图

首先将距离传感器固定到舵机上，可以使用热熔胶或者胶带。然后使用一个1uf电解电容和一个22uf电解电容并联在5V稳压芯片L4940V5上。将红外距离传感器的信号线插入0号模拟引脚。4个LED通过1KΩ电阻插入3、5、6、11引脚。最后将舵机信号线接在9号引脚上。

例子程序

#include <Servo.h>
 const int SERVO  =9;   //伺服电机连接在9号引脚
 const int IR     =0;   //红外距离传感器连接在0号模拟引脚
 const int LED1   =3;   //LED输出1
 const int LED2   =5;   //LED输出2
 const int LED3   =6;   //LED 输出3
 const int LED4   =11;  //LED 输出4

Servo myServo;     //伺服电机对象
int dist1 = 0;     //第一象限距离
int dist2 = 0;     //第二象限距离
int dist3 = 0;     //第三象限距离
int dist4 = 0;     //第四象限距离

void setup()
{
    myServo.attach(SERVO); //绑定伺服电机
    pinMode(LED1, OUTPUT); //将LED设置为输出
    pinMode(LED2, OUTPUT); //将LED设置为输出
    pinMode(LED3, OUTPUT); //将LED设置为输出
    pinMode(LED4, OUTPUT); //将LED设置为输出
}

void loop()
{
    //将伺服电机在4个区域中扫描并改变LED亮度
    dist1 = readDistance(15);     //在15°处进行红外测距
    analogWrite(LED1, dist1);     //调节LED亮度
    delay(300);                   //下次测量前的延时
 
    dist2 = readDistance(65);     //在65°处进行红外测距
    analogWrite(LED2, dist2);     //调节LED亮度
    delay(300);                   //下次测量前的延时
 
    dist3 = readDistance(115);    //在115°处进行红外测距
    analogWrite(LED3, dist3);     //调节LED亮度
    delay(300);                   //下次测量前的延时
 
    dist4 = readDistance(165);    //在165°处进行红外测距
    analogWrite(LED4, dist4);     //调节LED亮度
    delay(300);                   //下次测量前的延时
}

int readDistance(int pos)
{
    myServo.write(pos);                //转动到指定位置
    delay(600);                        //等待伺服电机转动
    int dist = analogRead(IR);         //读取红外传感器
    dist = map(dist, 50, 500, 0, 255); //转换到LED的范围内 
    dist = constrain(dist, 0, 255);    //约束它
    return dist;                       //返回缩放后的距离
}

程序效果

当舵机转动到一个给定的位置时测定距离，将其转换为LED的亮度值，改变LED的亮度值，将其转向下一个位置，然后继续，如此重复。

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