การใช้เซ็นเซอร์อินฟราเรดกับ Arduino: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

เซ็นเซอร์อินฟราเรด (aka IR) คืออะไร?

เซ็นเซอร์ IR เป็นเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ที่สแกนสัญญาณ IR ในช่วงความถี่เฉพาะที่กำหนดโดยมาตรฐานและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่ขาเอาต์พุต (โดยทั่วไปเรียกว่าขาสัญญาณ) สัญญาณ IR ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการส่งคำสั่งทางอากาศในระยะทางสั้น ๆ (โดยทั่วไปคือไม่กี่เมตร) เช่นเดียวกับที่คุณเคยใช้งานบนรีโมทคอนโทรลของทีวีหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นที่คล้ายคลึงกัน

โปรโตคอลการสื่อสาร IR

แต่ละสัญญาณแสดงถึงรหัสเฉพาะ สัญญาณไฟฟ้าสามารถแปลงกลับไปเป็นข้อมูล/รหัสจริงที่ผู้ส่งส่งไป เมื่อคุณกดปุ่มบนรีโมทคอนโทรลทีวีของคุณ มันจะสร้างสัญญาณที่สอดคล้องกับรหัสปุ่ม (เช่น เปิด/ปิด เพิ่มระดับเสียง ฯลฯ) และส่งไปยังเครื่องรับ (ในกรณีนี้คือทีวีของคุณ) ทั้งผู้ส่งและผู้รับตกลงกันในชุดรหัสเพื่อให้ผู้รับรู้ว่าต้องทำอะไรตามแต่ละรหัส วิธีการมอดูเลตโค้ด (แบบจำลอง) เนื่องจากสัญญาณถูกกำหนดในมาตรฐานที่แตกต่างกัน และผู้ผลิตเซ็นเซอร์แต่ละรายมักจะพยายามผลิตผลิตภัณฑ์ที่เข้ากันได้กับพวกเขา เพื่อให้สามารถนำไปใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ ได้ หนึ่งในโปรโตคอลมาตรฐานที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดคือจาก NEC คุณสามารถค้นหาประวัติโดยย่อของโปรโตคอล IR ได้ที่ Wikipedia ภายใต้หัวข้อ Consumer IR

ขั้นตอนที่ 1: เซ็นเซอร์ IR มีลักษณะอย่างไร

เซ็นเซอร์ IR มีอยู่ในแพ็คเกจต่างๆ คุณสามารถดูบรรจุภัณฑ์ทั่วไปสำหรับตัวรับสัญญาณ IR ได้ที่นี่

ขั้นตอนที่ 2: IR Sensor Breakout Board/โมดูล

คุณยังสามารถซื้อเป็นโมดูล IR/บอร์ดฝ่าวงล้อมบน eBay, Aliexpress หรือ Amazon โมดูลดังกล่าวมักจะรวมเซ็นเซอร์ตัวใดตัวหนึ่งที่กล่าวถึงข้างต้นพร้อมกับแพ็คเกจที่เป็นมิตรต่อบอร์ดบอร์ดที่ดีพร้อมกับไฟ LED ที่จะกะพริบเมื่อเซ็นเซอร์ตรวจจับสัญญาณ โดยการทำเช่นนี้ คุณจะสังเกตเห็นว่ามีการถ่ายโอนข้อมูลใด ๆ ฉันขอแนะนำให้เริ่มต้นด้วยหนึ่งในโมดูลเหล่านี้

หมายเหตุ: หากคุณมีเซ็นเซอร์ IR แบบดิบ จะไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง ยกเว้นว่าคุณควรตรวจสอบแผ่นข้อมูลของเซ็นเซอร์เพื่อให้แน่ใจว่าคุณเดินสายอย่างถูกต้อง เพราะไม่เช่นนั้น คุณอาจมีควันสีน้ำเงินที่สวยงามพร้อมกลิ่นที่จะคงอยู่นาน ชั่วโมง. คุณรู้ว่าฉันหมายถึงอะไร;)

ขั้นตอนที่ 3: ชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่จำเป็น

คุณสามารถค้นหารายการส่วนประกอบที่คุณจำเป็นต้องทำในบทช่วยสอนนี้ให้สมบูรณ์ได้ที่นี่:

ลิงค์อีเบย์:

• 1 x Arduino Uno:
• 1 x โมดูลเซ็นเซอร์ IR พร้อมรีโมท:
• ตัวต้านทาน 4 x 220 โอห์ม:
• LED 4 ดวง:
• 8 x สายดูปองท์:
• 1 x เขียงหั่นขนม Solderless:
• 1 x เขียงหั่นขนมขนาดเล็ก (อุปกรณ์เสริม):

ลิงค์ Amazon.com:

• 1 x Arduino Uno:
• 1 x โมดูลเซ็นเซอร์ IR พร้อมรีโมท:
• 1 x เขียงหั่นขนม Solderless:
• ตัวต้านทาน 4 x 220 โอห์ม:
• LED 4 ดวง:
• 8 x สายดูปองท์:
• 1 x เขียงหั่นขนมขนาดเล็ก (อุปกรณ์เสริม):

ขั้นตอนที่ 4: เชื่อมต่อ IR Sensor กับ Arduino

การตั้งค่าการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ IR กับ Arduino นั้นง่ายมาก นอกจากพิน VCC และ GND แล้ว เซ็นเซอร์มีพินเอาต์พุตเพียงพินเดียวที่ควรเชื่อมต่อกับพินดิจิทัลตัวใดตัวหนึ่งของ Arduino ในกรณีนี้มันเชื่อมต่อกับพิน 13

ฉันพยายามสาธิตทั้งโมดูลเซ็นเซอร์ IR และการตั้งค่าเซ็นเซอร์ IR ดิบ ดังที่เห็นในภาพ ตำแหน่งของพิน VCC และ GND บนโมดูลเซ็นเซอร์นั้นตรงกันข้ามกับเซ็นเซอร์ดิบ อย่างไรก็ตาม เซนเซอร์ของคุณอาจไม่ใช่กรณีดังกล่าว ดังนั้นดังที่กล่าวไว้ในขั้นตอนที่แล้ว ในกรณีที่ใช้เซ็นเซอร์ดิบ ให้ตรวจสอบเอกสารข้อมูลก่อน

ขั้นตอนที่ 5: ค้นหารหัสที่สอดคล้องกับแต่ละคีย์บนรีโมท

ในการตั้งโปรแกรม Arduino ให้ทำบางอย่างเมื่อคุณกดปุ่มบนรีโมท คุณควรมีรหัสที่ตรงกับคีย์นั้นก่อน รหัสคีย์เป็นตัวเลขที่ปกติจะแสดงเป็นเลขฐานสิบหก รีโมตคอนโทรลแต่ละตัวมีชุดรหัสของตัวเอง ในขณะที่ตัวควบคุมสองตัวอาจใช้รหัสเดียวกันเพื่อจุดประสงค์ที่แตกต่างกัน การมีรหัสคีย์ที่แตกต่างกันพร้อมกับการใช้ช่วงความถี่ที่ต่างกัน ทำให้มั่นใจได้ว่ารีโมตคอนโทรลสองตัวของอุปกรณ์ต่างๆ จะไม่มีการรบกวน นั่นเป็นสาเหตุที่เมื่อคุณเปลี่ยนช่องทีวี เครื่องเล่นดีวีดีของคุณไม่ตอบสนองเลย

ในการตรวจจับรหัสสำหรับรีโมท IR ของคุณ ก่อนอื่นคุณต้องเรียกใช้ร่างแบบง่ายๆ ที่พยายามอ่านรหัสจากเซ็นเซอร์เมื่อคุณกดปุ่ม และส่งผ่านทางพอร์ตอนุกรมไปยังคอมพิวเตอร์ของคุณ ซึ่งคุณสามารถเข้าถึงได้โดยใช้เครื่องมือ Serial Monitor ของ Arduino IDE นี่คือสิ่งที่ร่างที่แนบมากับส่วนนี้ทำ จะเป็นการดีกว่าหากกดทุกปุ่มเพื่อดูโค้ดและจดรายการโค้ดไว้ที่ใดที่หนึ่ง เพื่อที่คุณจะได้ไม่ต้องเรียกใช้โค้ดนี้อีกในอนาคต รายการรหัสคีย์ที่คุณเห็นเป็นตารางในภาพเป็นรหัสที่ฉันได้รับเมื่อกดปุ่มบนรีโมท IR ราคาถูกของฉัน

คุณยังสามารถเข้าถึงซอร์สโค้ดจริงที่แชร์บนโปรแกรมแก้ไขเว็บ Arduino ของฉันได้ที่ ir-key-code-logger

หมายเหตุ: อย่ากลัวถ้าคุณเห็นรหัสเช่น FFFFFF ในระหว่างนั้น หมายความว่าคุณได้กดปุ่มค้างไว้ชั่วขณะหนึ่ง เราจะกลับเข้าไปใหม่ในภายหลัง สำหรับตอนนี้ ให้เพิกเฉยและมุ่งไปที่รหัสอื่นๆ

ขั้นตอนที่ 6: ควบคุมชุดไฟ LED โดยใช้ IR Remote

ตอนนี้เรามีโค้ดสำหรับแต่ละปุ่มแล้ว ถึงเวลาเน้นที่วิธีการใช้งาน โดยปกติคุณใช้รีโมต IR เพื่อส่งคำสั่งไปยัง Arduino เพื่อทำบางอย่าง เช่น เปิดหรือปิดหลอดไฟ ย้ายหุ่นยนต์ไปในทิศทางที่กำหนด แสดงบางอย่างบนหน้าจอ LCD/OLED ฯลฯ ในที่นี้เราพยายามสาธิตกระบวนการโดยใช้วิธีง่ายๆ วงจรประกอบด้วยไฟ LED 4 ดวงในสีต่างๆ เราต้องการเปิดหรือปิดแต่ละรายการด้วยปุ่มเฉพาะของรีโมท IR ดังที่คุณเห็นในแผนผัง คุณต้องเชื่อมต่อ Arduino ด้วยวิธีต่อไปนี้กับ LED และเซ็นเซอร์:

Arduino GND -> เซ็นเซอร์ IR GND

Arduino VCC -> เซ็นเซอร์ IR VCC

Arduino 13 -> เอาต์พุตสัญญาณเซ็นเซอร์ IR

Arduino 2 -> Anode ของ LED สีน้ำเงิน (ขาสั้นของ LED สีน้ำเงิน)

Arduino 3 -> Anode ของ LED สีเขียว (ขาสั้นของ LED สีเขียว)

Arduino 4 -> Anode ของ LED สีเหลือง (ขาสั้นของ LED สีเหลือง)

Arduino 5 -> Anode ของ LED สีแดง (ขาสั้นของ LED สีแดง)

Arduino GND -> แคโทดของ LED ทั้งหมดผ่านตัวต้านทาน 220 โอห์ม (พินที่ยาวกว่าของ LEDs)

คุณสามารถค้นหาโค้ดที่สอดคล้องกับวงจรนี้ได้ในไฟล์แนบหรือในโปรแกรมแก้ไขเว็บ Arduino ของฉันที่ ir-led-control

ขั้นตอนที่ 7: การแก้ไขปัญหา

ขณะตั้งค่าโครงการและทำตามขั้นตอนต่างๆ คุณอาจพบสถานการณ์แปลก ๆ มากมาย ต่อไปนี้คือรายการข้อผิดพลาดทั่วไปที่คุณอาจได้รับเมื่อทำงานกับเซ็นเซอร์ IR

รับ FFFFFF เมื่อกดปุ่ม

เมื่อกดปุ่ม คุณอาจสังเกตเห็นว่าส่วนใหญ่รายงานรหัสเช่น FFFFFF สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อคุณกดปุ่มค้างไว้ชั่วขณะ แม้ในช่วงเวลาสั้นๆ สถานการณ์คือเมื่อคุณกดปุ่มในตอนแรก รีโมท IR จะส่งรหัสปุ่มและตราบใดที่คุณกดปุ่มค้างไว้ ระบบจะส่ง FFFFFF ซ้ำ ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้ยังคงกดปุ่มที่รายงานไปเมื่อเร็วๆ นี้ นั่นจะไม่เป็นไร คุณสามารถละเว้นได้ รหัสจริงคือรหัสที่คุณได้รับก่อน FFFFFF บน Serial Monitor

IR Sensor ไม่ตอบสนองเลย และดูเหมือนว่าจะร้อนขึ้น

ตัดไฟ!!! หากคุณแน่ใจว่าโครงร่างตัวบันทึกรหัสคีย์ถูกต้อง ปัญหาอาจเกิดจากการตั้งค่าสายไฟของคุณไม่ถูกต้อง สถานการณ์ที่เกิดขึ้นกับฉันคือสำหรับโมดูล IR ของฉัน (อันที่ติดอยู่กับบอร์ด) ฉันได้เชื่อมต่อ VCC และ GND ในทางตรงข้าม (เนื่องจากไม่ได้ใช้สีที่เหมาะสมสำหรับสายเชื่อมต่อของฉัน) โดยการทำเช่นนั้นส่วนประกอบเซ็นเซอร์ถูกเผาไหม้และเกิดควันสีน้ำเงินขึ้น ฉันซื้อเซ็นเซอร์ IR ดิบมาหนึ่งชุดแล้วลองเปลี่ยนมัน ตอนนี้มันใช้งานได้อย่างมีเสน่ห์:) น่าเสียดายที่ฉันทำผิดพลาดแบบเดียวกันเมื่อทดสอบกับเซ็นเซอร์ IR ดิบ และคราวนี้ไม่มีอะไรเกิดขึ้นยกเว้นว่าเซ็นเซอร์อุ่นขึ้น ดังนั้นควรตรวจสอบวงจรก่อนเปิดเครื่องเสมอ!

บางครั้งเซ็นเซอร์ตรวจจับรหัสที่ฉันไม่เคยเห็นมาก่อน

นี่เป็นหนึ่งในปัญหาที่พบบ่อยที่สุด เป็นไปได้มากว่าเกิดจากสาเหตุใดสาเหตุหนึ่งต่อไปนี้:

คุณไม่ได้ชี้รีโมท IR ของคุณไปทางเซ็นเซอร์โดยตรง

ซึ่งจะทำให้มีรหัสใหม่ (ส่วนใหญ่เป็นรหัสที่ยาวกว่า) ที่คุณไม่เคยได้รับมาก่อน และปกติแล้วจะไม่ตรงกับความยาวของรหัสที่คุณมีอยู่แล้ว ดังนั้นอย่าลืมชี้รีโมตไปที่เซ็นเซอร์ของคุณเสมอ

คุณกำลังใช้รีโมท IR ราคาถูก (เช่นเดียวกับที่ฉันใช้ในบทช่วยสอนนี้)

แทนที่จะใช้รีโมตราคาถูกที่คาดเดาไม่ได้ คุณสามารถลองใช้สถานการณ์เดียวกันนี้โดยใช้รีโมตคอนโทรลทีวีหรือเครื่องเล่น DVD หรือรีโมต IR ของอุปกรณ์ใดๆ ที่คุณมี โดยปกติแล้วจะมีคุณภาพของสัญญาณ/ฮาร์ดแวร์ที่ดี (และแน่นอนว่ามีราคาแพงกว่า) และจากประสบการณ์ของผม ปกติแล้วมันใช้งานได้ดีแม้ว่าคุณจะไม่ได้ชี้รีโมตไปที่เซ็นเซอร์โดยตรง

ฉันจะรู้ได้อย่างไรว่ารหัสที่บันทึกไว้ไม่ใช่ขยะ

โดยปกติรหัสจะแสดงในรูปแบบเลขฐานสิบหก หากคุณแปลงเป็นค่าไบนารีที่สอดคล้องกัน คุณจะสังเกตเห็นว่าการแสดงไบนารีของไบต์สุดท้ายคือการปฏิเสธของไบต์ก่อนหน้านั้น หากคุณทราบสิ่งนี้ คุณสามารถตรวจสอบรหัสของคุณเพื่อให้แน่ใจว่ารหัสที่คุณได้รับนั้นเป็นรหัสที่ถูกต้องหรือไม่ ตัวอย่างเช่น หากคุณได้ FF7A85 การแทนค่าไบนารีจะเป็นดังนี้:

1111 1111 0111 1010 1000 0101

จากซ้ายไปขวา ตัวเลข 4 หลักแต่ละชุดจะแสดงอักขระในเลขฐานสิบหกเดิม อย่างที่คุณเห็น แบทช์ที่ตรงกับ 7 คือ 0111 และแบทช์ที่ตรงกับ 8 คือ 1,000 ซึ่งเป็นการปฏิเสธที่แน่นอน โดยการปฏิเสธฉันหมายถึง 0s ทั้งหมดจะเป็น 1s และ 1s ทั้งหมดจะถูกแทนที่ด้วย 0s เช่นเดียวกันกับข้อถัดไปซึ่งก็คือ A (1010) และ 5 (0101)

ขั้นตอนที่ 8: จะทำอย่างไรต่อไป?

ตอนนี้ถึงตาคุณแล้ว ทั้งหมดขึ้นอยู่กับจินตนาการของคุณที่จะเห็นว่าคุณสามารถทำอะไรกับเซ็นเซอร์เล็กๆ น้อยๆ ที่อยู่ในมือคุณได้บ้าง ต่อไปนี้คือแนวคิดบางประการที่จะเริ่มต้นด้วย:

• ใช้รีโมตคอนโทรล IR ของอุปกรณ์ใดอุปกรณ์หนึ่งที่คุณมีที่บ้าน (ทีวี สเตอริโอ ฯลฯ) แล้วลองใช้ในโปรเจ็กต์ Arduino ของคุณ
• ลองเปิดไฟ LED ทั้งหมดพร้อมกันโดยกดปุ่มแล้วปิดโดยใช้ปุ่มอื่น
• ใช้ปุ่มขึ้น/ลงของรีโมทเพื่อเปิด/ปิดไฟ LED ทีละดวงจนกระทั่งเปิด/ปิดทั้งหมด
• สร้างสัญญาณไฟจราจรโดยใช้ไฟ LED และควบคุมโดยใช้รีโมทของคุณ
• หากคุณมีมอเตอร์ DC ขนาดเล็กอยู่ในมือ ให้ลองเริ่ม/หยุด หรือเปลี่ยนทิศทางการหมุนผ่านรีโมท IR
• คุณสามารถใช้รีโมตทีวีเพื่อควบคุมหุ่นยนต์ของคุณ หรือเปิด/ปิดเซ็นเซอร์/แอคทูเอเตอร์บางตัวได้

แจ้งให้เราทราบในความคิดเห็น คุณจะทำอย่างไร (หรือทำไปแล้ว) โดยใช้รีโมท IR