Sensor CNY70

Sensor CNY70Introducción El CNY70 es un sensor de infrarrojos de corto alcance basado en un emisor de luz y un receptor, ambos apuntando en la misma dirección, y cuyo funcionamiento se basa en la capacidad de reflexión del objeto, y la detección del rayo reflectado por el receptor. Vista externa y circuitos internos del sensor CNY70 El CNY70 tiene cuatro pines de conexión. Dos de ellos se corresponden con el ánado y cátodo del emisor, y las otras dos se corresponde con el colector y el emisor del receptor. Los valores de las resistencias son típicamente 10K ohmios para el receptor y 220 ohmios para el emisor. Diferentes posibilidades de montaje del CNY70 Es importante fijarse bien en el lateral donde aparece el nombre del sensor, para identificar correctamente cada uno de los pines. Patillaje del CNY70 Manejo del sensor El CNY70 devuelve por la pata de salida correspondiente, según el montaje, un voltaje relacionado con la cantidad de rayo reflectado por el objeto. Para el montaje A, se leerá del emisor un '1' cuando se refleje luz y un '0' cuando no se refleje. Para el montaje B los valores se leen del colector, y son los contrarios al montaje A. Si conectamos la salida a una entrada digital del microcontrolador, entonces obtenedremos un '1' o un '0' en función del nivel al que el microcontrolador establece la distinción entre ambos niveles lógicos. Este nivel se puede controlar introduciendo un buffer trigger-schmitt (por ejemplo el 74HC14, ¡ojo que es un inversor!) entre la salida del CNY70 y la entrada del microcontrolador. Este sistema es el que se emplea para distinguir entre blanco y negro, en la conocida aplicación del robot seguidor de línea. Otra posibilidad es conectar la salida a una entrada analógica. De este modo, mediante un conversor A/D se pueden obtener distintos valores. Esto permite la detección dinámica de blanco y negro (muy útil cuando el recorrido presenta alteraciones en la iluminación). Pero también, si empleamos el sensor con objetos de distintos color, establecer un mecanismo para la detección de los distintos colores, determinando los valores marginales que separan unos colores de otros. Esto permite emplear el sensor para alguna aplicación donde la detección del color sea necesaria. Conclusiones El único inconveniente del sensor es la necesidad de tener que situarlo muy próximo al objeto para detectar correctamente la reflexión. Por lo demás, es una solución muy buena para la detección de línea e incluso para emplearlo como encoder para la medición de las vueltas dadas por las ruedas del robot. El CNY70 de Vishay es uno de los sensores que más se suele usar para los robots seguidores de línea. El fotodiodo se encarga de emitir luz cuya intensidad es función de la resistencia . Está compuesto por un fotodiodo y un fototransistor como se puede ver en el dibujo sacado del datasheet. el cuadrado de 7mm de lado aproximadamente. es el primer sensor empezando por la izquierda. es decir función de la luz recibida. gran parte de la luz emitida por el diodo será reflejada al fototransistor. Para poder detectar la cantidad de luz recibida por el transistor sólo necesitaremos una resistencia en serie con éste. o viceversa. Por lo que podemos detectar distintas superficies en función de la luz que reflejen. El fototransistor se encarga de recibir esta luz cuando se refleja sobre alguna superficie.que pongamos en serie con él y la tensión a la que le alimentemos. y dependiendo de la cantidad de luz recibida trabaja en sus distintas regiones y pasa más o menos intensidad por él. cuando el sensor se sitúa sobre una superficie blanca. por lo que nuestro transistor estará en corte y apenas tendrémos intensidad a través de éste. Cuando el sensor se encuentre sobre la parte negra (la línea) esta absorberá gran parte de la luz emitida por el diodo. Por lo que el circuito más simple sería el siguiente: . y así es como seguimos una línea negra sobre un fondo blanco. pasando éste de su región de corte a la de activa o saturación y teniendo una intensidad bastante mayor. el valor de tensión leído será función de la intesidad que pasa por el transistor. los valores de nuestra salida oscilarían entre los dos valores anteriores.3 V. por lo que podríamos enganchar esta salida a la entrada digital y que reconozca ambos . la Ic es muy grande y el valor de la salida sería la Vce de saturación del transistor 0. La otra resistencia nos proporciona un valor de tensión.Ic*R Una resistencia se encarga de limitar la intensidad y luz emitida por el diodo. En principio podemos usar este circuito tan simple. Ahora el caso contrario. En el caso de que recibiesemos luz sin llegar a saturación. pasaria una intensidad muy muy baja.3 V. el transistor se encuentra en saturación porque recibe mucha luz. por lo que la caída de tensión en la resistencia sería muy pequeña y en la salida tendríamos aproximadamente el valor de Vcc. por ejemplo si el transistor no reibiese luz (está sobre negro).Salida = Vcc . cuando el sensor se encuentre sobre negro tendrá un valor próximo a Vcc y cuando se encuentre sobre blanco próximo a los 0. En este dibujo se muestra el disparador. por lo que cuando estemos sobre blanco leemos un 1 en Q y un cero cuando estemos sobre negro. por lo que evitamos meterle niveles . y un cero cuando la entrada es menor de 1 V .niveles lógicos. Pero también nos podemos encontrar con niveles de tensión por encima del nivel de umbral de cero de la lógica y por debajo del nivel de umbral del 1. por lo que sólo hay que ver si el puerto lo lleva y conectar el circuito anterior. por lo general un 74HCT14. se encarga de proporcionar una señal de 0 ó 5 voltios al microcontrolador en función del valor de la salida de nuestro sensor con una histéresis. y lo que hace el 74HCT es que cuando la tensión en Re sea mayor de cierto valor nos da 5V en Q. Por lo que es la mejor solución cuando vamos a leer los sensores en digital. que interpretaría la lógica cuando la salida fuese 3 voltios? Para solucionar esto lo mejor es usar un disparador Schmitt. y cuando sea menor a otro valor próximo pone Q a 0 V. en este caso la resistencia se coloca en el emisor en lugar del colector. además muchos microcontroladores incorporan ya este disparador en sus entradas. si no lo lleva es mejor ponerlo externo. Aquí: Salida= Re*Ie. Es decir si nuestra lógica por ejemplo toma un 1 a partir de 4 V. 1. De la distancia del sensor a la superficie depende la cantidad de luz recibida por el transistor y por tanto la intensidad que pasa por él.intermedios a la lógica.25)/ Id. pero hacer que la corriente sea máxima para obtener la mayor señal reflejada no es siempre la mejor solución. Rd = (Vcc . Por lo que cuanto mayor sea la intensidad de luz emitida por el diodo más llegará al transistor y menor tendrá que ser la resisntecia en serie con este. el consumo total. la temperatura. hay que tener en cuenta otros factores como la distancia. Si queremos que el diodo emita mucha luz. siendo el valor mayor de Id máximo de 50 mA. las frecuencias del sensor. la resistencia en serie tendrá que ser lo menor posible. Los valores de las resistencias tenemos que calcularlos en función de varios parámetros. . Si nos vamos al datasheet vemos una gráfica que nos da como cambia la intensidad del colector en función de la distancia para una tensión de alimentación de 5V y una corriente de diodo de 20 mA.. La luz ambiente es el mayor problema que nos podemos encontrar en un concurso. y todo el trabajo realizado se habrá perdido en este punto. Ahí se puede ver como a partir de 6 mm la intensidad ha caído más de un 80% del valor inicial. no será capaz de leer la línea.Como se puede ver en la gráfica lo ideal es llevar los sensores lo más cerca posible del suelo. muy pegados se evita totalmente. una R de transistor mayor (mayores tiempos de encendido y apagado) y nos afectará más la luz ambiente. además es normal ver como los concursantes cubren por los lados sus placas de sensores para que les llegue menos luz reflejada del exterior. Para la luz ambiente hay varias soluciones. podemos llevar nuestro robot más que probado en el garaje de casa. llegar al concurso y encontrarnos con algún foco o luz del día que sature nuestros sensores y el robot está ciego. La primera es llevar los sensores lo más pegados posibles al suelo de esta forma la luz ambiente reflejada es menor. tendríamos una corriente constante de transistor que nos daría un valor apreciable continuo en la salida. Una luz constante sobre los sensores disminuye la sensibilidad de estos. y si este valor es lo suficientemente grande no detectaríamos los cambios de blanco y negro. cuánto más alejados estén necesitaremos emitir más luz (mayor consumo). tendríamos siempre un 1 o un cero en la salida. . Esta es la mejor opción de las posibles. con un transistor a una pata del micro bastaría. y la salida del transistor la pasamos por un filtro para obtener la señal producida por el diodo y evitar los efector de la luz ambiente siempre que no sature el sensor. De igual forma aquí tenemos que usar electrónica adicional. Para ello necesitamos usar un conversor analógico digital (adc) del micro. una vez leído procedemos a ir encendiendo los diodos uno a uno y leemos el valor analógico en el transistor. La gente que lleva un tiempo participando en concursos y con robots competitivos tiran para la tercera opción. que esto en principio no requiere de muchos componentes. hay mucho más trabajo en electrónica y código. que hay que montar un filtro para cada transistor. como puede ser algún demultiplexor analógico. ahora metemos una señal pulsatoría en éste. ya que nos proporciona un valor analógico real que se corresponde con la posición de la línea entre dos o más sensores y por tanto tendríamos una sensibilidad mayor. evitaríamos la luz ambiente siempre que ésta no sea capaz de saturar el sensor. Habría que generar una señal en pulso para los diodos. pero para ganar hay que trabajar. También se podría demultiplexar.Otra opción es modular la señal de diodo y filtrar la salida del transistor. En lugar de alimentar el diodo de forma continua. La tercera opción que se suele ver y la usa mucha gente es leer en analógico. y con unos buenos valores de resistencia y condensador no tendrémos problemas de saturación. leemos nuestros sensores en digital pasados por un trigger smichtt y nos preocupamos de llevarlos lo más cerca posible del suelo y bien tapaditos para que no les afecte mucho la luz ambiente. además debemos de tener en cuenta los tiempos de conversión del ADC. Esta solución implíca mucha electrónica adicional. Lo más rápido y fácil es la primera opción.. y si llevamos unos cuantos sensores requiere bastantes componente adicionales que cuestan y ocupan espacio. teniendo los sensores apagados leeríamos el valor del adc en cada transistor. Yo por . la diferencia entre el valor leído con el diodo encendido y el valor leído con el diodo apagado nos proporciona la cantidad de luz reflejada por la superficie. Pero el inconveniente viene en la salida.. además de la tarea de realizar el filtro. . Por ejemplo estas imagenes son de una señal cuadrada conectada al diodo. por lo que si disminuimos la R perdemos sensibilidad pero ganamos en tiempos. y el espacio recorrido en este tiempo. y en azul la salida del transistor con una resistencia de emisor de 15k sobre un fondo blanco.supuesto me decanto por la primera opción. y si el transistor entra en saturación óptica el tiempo de apagado será bastante mayor que el de encendido. Cuanto mayor sea la resistencia mayores serán los tiempos de encendido y apagado.. Azul: Vre Re=15K. Aquí hay que sacar lapiz y papel y junto con el tiempo de conversión del adc ver cuanto tardamos en leer cada sensor. F=1KHz. Si queremos apagar y encender diodos tenemos que tener en cuenta los tiempos de apagado y encendido del sensor. la placa total de sensores. Tiempo de subida . y aquí juega un papel fundamental la resistencia de transistor y la capacitancia base colector. Por tiempo de apagado y encendido del sensor se entiende el tiempo que tarda la salida del sensor en alcanzar su valor. Amarilla: alimentación diodo. Tiempo de bajada A 10 Khz el CNY no es capaz de seguir la entrada. Si usamos una resistencia mayor de transistor 47k. . . Tiempo de bajada.Amarillo: diodo. Azul: Vre Re=47k Tiempo de subida. Por último podemos usar un CNY para leer un encoder. por lo que si queremos encender y apagar diodos para realizar mediciones debemos tenerlos en cuenta para calcular que distancia representa y ver si se puede despreciar. la distancia mínima de línea que puede leer. además de los tiempos anteriores.El tiempo aumenta considerablemente al aumentar la resistencia de carga. Si miramos la gráfica encontramos que la posición del sensor respecto al desplazamiento de la línea y su distancia a ésta condiciona su resolución. . y aquí es importante su resolución. . que aunque leo en digital apago y enciendo los diodos en el periodo para minimizar el consumo total. Mi idea es que la intensidad del diodo sea la máxima posible para minimizar los efectos de la luz ambiente al poder permitirme llevar una resistencia de colector lo más baja posible. además mejoro el tema de tiempos (aunque puede que esto resulte despreciable a la velocidad a la que voy). de tal forma que obtengo una . como resistencias voy a usar 120 Ohmios de diodo y 15k de transistor. ya que voy a montar 16 cny (640 mA) en la placa de sensores. la placa de cny que voy a montar en el miniz va a ser leída en digital.. A la hora de poner las resistencias hay que pensar en todo lo anterior (y más.Por lo que si tenemos un encoder con líneas finas la colocación del cny nos puede influir bastante a la hora de ser capaz de leerlo. uno pegado a otro.). lo que me da un consumo de diodo muy elevado de 42 mA. que si no cada vez que tengo que usarlo me toca leerme los datasheet. Bueno aquí dejo colgado el pequeño resumen sobre el cny. ya que tampoco es que tenga mucha experiencia con este sensor. Agradezco cualquier correción en lo que me haya podido equivocar. ya que siempre voy a tener 3 sensores sobre la línea. a ver si la paso por el ácido y veo como sale la idea. .buena resolución. La placa que voy a montar y probar es la siguiente. o incluso 4 si esta pasa de los 20mm. 5V puestas en serie con lo que se obtienen 6V. refleja la luz del led emisor. el led emisor del sensor CNY70 se alimenta a través de una resistencia R1 de 680 Ω. el fototransistor contenido en el sensor CNY70baj a su resistencia interna entre Colector y Emisor con lo cual conduce la corriente que hace que también entre en conducción el transistor Q1 que estaba polarizado a masa por medio de la resistencia R2 de 10 KΩ. con lo cual lo que a pasado es que la salida del motor se a desactivado cuando el sensor a detectado una superficie reflectante. cuando una superficie reflectante como el color blanco de la superficie por donde se moverá el rastreador. en estado de reposo la salida estará siempre activa y Q3 conduciendo. En el esquema mostrado se puede apreciar como funciona el circuito. con lo que al activarse Q1 hace que se active Q2 cortando a Q3 con el. Montaje: El robot se compondrá de un circuito que podremos hacer fácilmente con una placa de topos o de prototipos o usando los fotolitos expuestos y este tendrá dos circuitos exactamente iguales uno para cadasensor-motor e irán .Seguidor de líneas Descripción: He aquí un diseño Seguidor de supersimple para montar un rastreador de líneas líneas básico con 2 sensores CNY70 y componentes discretos de fácil compra en cualquier comercio de electrónica. dependerá del consumo de los motores elegir pilas o baterías mas potentes. ya que este ultimo estaba activo porque esta polarizado por R3. Q2 sirve para invertir la señal para que de este modo se desactive el motor cuando ve blanco y se ponga en marcha cuando ve negro el sensor. Los 2 circuitos se pueden alimentar con 4 pilas normales de 1. El trazado lo podremos hacer sobre una cartulina blanca y para trazar las líneas usar cinta aislante negra.. ahora bien si el llega a una curva y supongamos que el sensor izquierdo sale de la línea negra entonces provocara que el motor del lado contrario (motor derecho) se desactiva con lo cual el robot girara a derecha (como un tanque) entrando de este modo en la línea negra otra vez. cuando tenga los dos sensores viendo negro los 2 motores estarán en marcha con lo que el robot avanzara en línea recta. Los motores tienen que ser de corriente continua y habrá que fabricarles una reductora si no disponen de ella para mover las ruedas.. tener cuidado en no hacer curvas demasiado cerradas ya que si el robot es muy veloz (ruedas grandes) se saldrá de la trayectoria por inercia y al sacar los 2 sensores fuera de la línea no volverá a entrar (recordemos que este sistema no es microcontrolado) por lo que haremos algunas pruebas antes de trazar el camino final. mas velocidad alcanzara el robot. al entrar uno de los sensores con la línea negra este hará que el motor del lago contrario empiece a funcionar con lo que el robot entrara por si solo en la trayectoria. contra mas grandes sean las ruedas. En mi montaje he utilizado dos servos trucados de manera que queden solo los motores CC con la reductora osea sin circuito de control pero se puede usar cualquier motor de CC de unos 5 o 6 voltios y que no consuma demasiado para no agotar las pilas o baterías demasiado deprisa.cruzados con lo que el sensor izquierdo actuara sobre el motor derecho y el sensor derecho sobre el motor izquierdo tal como se muestra en la ilustración. aunque no hay que pasarse con el diámetro de estas porque si no en las curvas se saldrá de trayectoria. Espero disfrutéis de este sencillo diseño. ahora empujaremos el robot hasta la línea de trayectoria negra. para el caso contrario pasa lo mismo pero con el otro motor y sensor. Los sensores irán dispuestos mirando al suelo y a unos 2 o 3 mm de separación desde el suelo a la superficie del sensor y la separación entre ambos sensores será para que quede dentro de la línea negra que vayamos a usar como trayectoria. unos 6 cm.. Funcionamiento: Pondremos el robot en la superficie de fondo blanca y lo alimentaremos. como los dos sensores están activos los motores permanecerán parados. es lo ideal. creo que es uno de los mas sencillos que hay ahora mismo por internet por no decir el mas sencillo :) . Con solo 4 resistencias y un transistor es fácil conectar un CNY70 a un microcontrolador. es sensible hasta 1 cm de distancia de la superficie . ahí se ve el diodo emisor de infrarrojos a la izquierda y el fototransistor a la derecha.Como conectar un sensor infrarrojo CNY70 a un pic de forma simple El CNY70 es un pequeño dispositivo con forma de cubo y cuatro patitas que tiene en su interior un diodo emisor de infrarrojos y un fototransistor en paralelo y apuntando ambos en la misma El la siguiente figura vemos la disposición interna del CNY70 mirando el encapsulado desde arriba. este sensor es muy usado en robots seguidores de líneas y en robots de sumo para detectar el borde del ring Con este circuito cuando la superficie es negra el pin esta en high (1) y cuando es blanca se pone en low (0). Habitualmente se usa siempre que se desea que el robot móvil siga un camino marcado por una raya en el suelo. El tratamiento de dicha información por el uC originará los comandos adecuados hacia las ruedas motrices para continuar sobre la raya que hace de guía.Sensor Optico infrarojo por reflexión CNY70: Ficha técnica: El sensor CNY70 es uno de los Sensores más empleados en microbótica. siempre que las superficies de los mismos sean muy reflectantes. . También pueden usarse en la detección de obstáculos. uno de ellos o los dos están sobre el fondo. este enviara al microcontrolador toda la información necesaria para que sepa si ambos están sobre la raya. dada su economía y sus variadas aplicaciones prácticas. El diodo consta de dos terminales. este reflejaría la luz hacia el fototransistor. provocando un valor positivo en la salida del sensor. el ánodo (A) y el cátodo (K). el LED emitiera sobre un fondo negro. proporcional a la cantidad de luz que incide sobre su base. si el LED que emite lo hace sobre el fondo blanco. Sobre la misma superficie está ubicado un fototransistor que tiene la propiedad de conducir una corriente entre el emisor (E) y el colector (C). Patillaje y polarización: El circuito de conexionado eléctrico de este sensor con una línea de entrada del microcontrolador es muy sencillo. para que a este último le lleguen los rayos con suficiente intensidad. como se aprecia en . invisibles para el ser humano. este absorbería la luz y no reflejaría nada al fototransistor. Si por el contrario. La superficie reflectante debe estar situada a unos pocos milímetros de la que soporta al emisor y al receptor. Para resumir.Funcionamiento: En el interior de la cápsula de este Sensor existe un diodo LED que emite rayos infrarrojos. Al estar dispuestos sobre la misma superficie el emisor de rayos y el receptor de los mismos es necesario que delante de ambos exista una superficie reflectante para que el fototransistor pueda recibir los rayos que genera el emisor. lo que obtendríamos un valor negativo a la salida del sensor CNY70. por supuesto en el menor tiempo posible.. Este es un ejemplo real de uso de estos sensores. quizás el mas común en la microbótica es en los Robots rastreadores. en este caso en concreto y tal como se ve en el esquema.la figura sólo requiere un par de resistencias para la polarización del emisor y del receptor. El integrado IC-40106 es un inversor. porque podemos convinar cada inversor como nos convenga.. sensor1 y sensor2 son dosCNY70. pistas sin salida. el certamen consiste en conseguir que tu Robot llegue al otro lado. ¿lo mejor? el coste de este sensor es inferior a 1 Euro. son totalmente independientes. es decir podríamos conectar hasta 6 CNY70 o lo que queramos. . por el camino encontraras cruces. las salidas de cada inversor 40106 iran directamente conectadas a la respectivas entradas del PIC. y una puerta inversora que conforme la señal al nivel TTL para el correcto comportamiento del uC. deberás programar teniendo en cuenta todas esas posibles situaciones. tiene 6 entradas/salidas. que dependiendo de la lógica de Programación podremos actuar nuestros motores segun nos convenga. que iran conectados a las entradas de los inversores. 
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