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反射光センサ ‥ デジタル出力 出力時間延長型 … WS04M · WS04E

WS04M,WS04Eは反射光の強さを調べるセンサです。 サッカーチャレンジで緑色の床に引かれた白線の検出に使います。

一般の反射光センサは、現在の反射光の強さに応じて信号を出力します。 走りながら白線を横切るときは センサの値を調べる時間間隔が長いと白線を見逃すことがあります。 そうならないために、時間のかかる命令を避けるプログラムにしたり、 マイコンの割り込み機能を使ったりハードウエア処理するなど知識がいる対策があります。

このような対策ができる人はそれに挑戦しましょう。 でも、それらの対策が難しい場合はこのセンサを使いましょう。
WS04M,WS04Eは白線を検出するとその信号を一定時間延長して出力するため見逃しを減らすことができる デジタル出力反射光センサです。

WS04M
WS04E
WS04E写真 WS04Mはマゼンタ発光
WS04Eは赤発光
◆改良のため基板や部品の形状が変わることがあります

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教材ロボットでは、センサを調べる命令を実行するとセンサの状態を読みます。 それ以外の時間のかかる命令がつながっていると、その間に白線を過ぎてしまうことがあります。 時間のかかる命令があっても、その直後に白線を検出したことがわかれば見逃しがなくせます。

アナログ電圧出力の反射光センサWS04G,WS04R,WS04Wはこちら
発光受光素子を基板の外に引き出したい、発光受光素子を多く付けたいときは WS08SまたはWS08E があります。

特徴

WS04Eの出力信号 白線を走って通過する時の出力を示しています。 @はWS04G/Rアナログ出力のもの。AがWS04M/Eのデジタルで時間を延長する出力のもの。
WS04M動作写真 WS04Mの動作時の写真
発光はマゼンタ色。少し紫色がかったピンク色です。
WS04E動作写真 WS04E動作写真 WS04Eの動作時の写真
発光は赤色、光が広い範囲にとどくように散光型です。

光の3原色 発光色について
サッカーチャレンジで、緑色の床に引いた白線を調べます。
これは光の3原色の図です。白い物は赤,緑,青 どの光もよく反射します。 緑色の物が緑色に見えるのは、それが緑の光だけをよく反射し、その他の色を吸収するからです。
緑と白の反射の違いが大きくなるように、緑以外の光で調べるとよいことになります。 発光色は 赤,マゼンタ,青 が適します。
白の光から緑の光を取り除くとマゼンタの光になります。 緑とマゼンタの関係を補色(ほしょく)といいます。
出力値測定結果 出力信号を測定したものです。左から右に時間、下から上に出力値が0%から100%
デジタル出力なので白線で四角い波形の信号が出ます。

外形

WS04E外形図



完成品は光が基板上方向に出ます。
キットは、横,上,下から受発光部品の取り付け方向を選べます。

端子P1,P2は、組み込み方に合わせて、電線をはんだづけするか、 取り付け場所に合う 2.5mmまたは2.54mmピッチのコネクタを付けてください。 コネクタは製品に含みません。

WS04素子上向き WS04素子横向き WS04素子下向き 自分で組み立てる場合の受発光素子の取り付け例です。
写真左から、上向き、横向き、下向き。
基板裏側に付ける場合は、LEDから受光素子に直接光が入らないよう壁を付ける方がいいでしょう。

回路

WS04E回路図 ◆改良のため回路が変わることがあります
光源のLEDが発する光を600Hzで点滅させます。
受光器S1可視光フォトトランジスタは、反射して来る光の強さを電流に変換します。 この信号には600Hzの反射光の他に外光の電流も含まれます。
これを600Hzバンドパスフィルタ(BPF)に通すと、反射光の信号だけが得られます。 BPFは周波数600Hz付近の信号だけ通す回路です。
これを整流し、基準の電圧と比較し反射光の強弱をデジタル電圧信号で出力します。
ワンショットは'H'状態を一定時間延長します。

使い方

通常はJ1を開放(つながない状態)で使います。
P1に電源,信号を接続します。
半固定抵抗V2で受光感度を調整します。

増灯信号の使い方

WS04増灯回路例 WS04M,WS04EのLEDは目ではわかりませんが600Hzで点滅しています。
LEDの光量を増やして遠くまで光が届くようにするために増灯信号をP2から出力しています。
LEDを増設して、増灯信号を増幅した電流で点灯させます。 回路例を示します。 この増灯回路付きのセンサ基板がWS08Eです。

同期機能の使い方

WS04同期動作 WS04M,WS04Eを2個以上使い、光を当てる範囲が重なるときには、 それぞれの発光期間を同時にしないと他の光の影響で正しく働きません。
この場合、ひとつを親モードとして、他を子モードに設定してP2どうしを接続します。 これで親から送った信号に同期して子が動くため、光を当てる範囲が重なっても正しく働きます。 子モードに設定するにはJ1を短絡します。

改造応用例

WS04M+WS05

WS05を使い、発光受光素子を引き出し配線しました。
こうすると、せまい場所でも付けられます。


WS04E

引き出したLEDの光を離れた場所から受光素子に当てます。
こうすると、間に光を通さない物体が通れば検知します。これをフォトインタラプタといいます。


実験

WS04Eを付けたロボット

反射光センサWS04Eを左側に取り付けたオムニホイールサッカーロボットです。 右側はWS08Fと発光受光素子を取り付けています。

撮影協力: Antique


床を照らしている赤い光がセンサの出す光です。
白線の上に来ると反射光が強くなるので、それを検出すると停止し、 その後逆方法に走るプログラムを実行しています。
走っていても白線から出ることなく止まってもどる制御ができています。

WS04Eを付けた側から撮影しています。
WS08Fほど発光が目立ちませんが、きちんと白線をとらえています。

指導者様へ

ロボットを使う技術教育の中で、電子回路や電子工作の教材にご利用ください。

発光素子、受光素子が基板上にあり、信号を観測できます。 パルス発光させていますので、オシロスコープが適しています。 最近低価格で手に入る低速のオシロでも十分観測できます。 LEDにかかる電圧を見たり、受光電圧を見て、 反射があるときとないとき、懐中電灯などの光を当てた時の振る舞いを観測すれば回路の理解が深まります。

適度な部品点数ですので、はんだづけを含む基板製作の材料にも適します。 しかも実用的です。