フォトリフレクタの使い方 #16 【Arduino UNO R4】
今回は、Arduinoでのフォトリフレクタの使い方についてご紹介します。
フォトリフレクタはライントレースロボットにも使われるセンサーです。
使い方をマスターすれば、ロボット制御の理解もより一層深まります。
ぜひ一緒に、フォトリフレクタの使い方をマスターしましょう！
はじめに
この記事では、Arduino UNOでのフォトリフレクタの使い方についてご紹介しています。
下記の注意事項をお読みいただいた上で、ぜひお楽しみください。
【 注意 】
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Youtube動画
フォトリフレクタの使い方を動画で解説しています。5分未満の短い動画ですので、サクッとご覧いただけます。
必要なもの
1. マイコンボード
本記事では、Arduino UNO R4 Wi-Fiを使います。
2. 電子部品
以下の電子部品を使います。
フォトリフレクタ（RPR-220）
ブレッドボード（SAD-101）
赤色LED*
抵抗*
ジャンパーワイヤー（オスーオス）
ジャンパーワイヤー（オスーメス）
ジャンパーワイヤー（小）
*使用するLEDに合わせて、適切に抵抗値・定格を選んでください。
フォトリフレクタとは？
フォトリフレクタは、赤外線LEDとフォトトランジスタが１つになった電子部品です。
ここでフォトトランジスタというのは、光が当たると電流が流れるトランジスタのことです。
フォトリフレクタはLEDから赤外線を出し、反射してきた赤外線をフォトトランジスタで受け取ります。
例えば反射する面が白だったら、光が反射してフォトトランジスタに当たり、電流が流れます。
一方で反射する面が黒だったら、光が吸収されて、赤外線がフォトトランジスタにほとんど入ってこないので、電流が限りなく小さくなります。
この反射してくる光の多い少ないが、フォトトランジスタによって電流の多い少ないに変換されます。
そのため、マイコンで電圧の値を監視しておけば、今、センサーが見ている面が白なのか、黒なのかが分かるという仕組みです。
フォトリフレクタを動かすための回路
今回使うセンサー回路の回路図はこんな感じです。トランジスタのコレクタ端子は、ArduinoのA0ピンに繋ぎ、その電圧を監視します。
まず、ダイオード側の抵抗RDとトランジスタ側の抵抗RLを決めていきます。
ダイオード側の抵抗RD
ダイオード側の抵抗RDは普通のLEDの時と計算は同じで、順方向電圧と順方向電流をデータシートから読んで、それをもとに計算します。
詳しい計算方法は、👇の記事をご覧ください。
データシートのグラフから、IF=10mAの時の順方向電圧を読んで使っています。
計算値は390Ωとなりましたが、ちょうどの抵抗はありませんので、それより大きい抵抗、この動画では220Ωを2個直列にした440Ωでやってみます。
次にトランジスタ側の抵抗ＲＬを決めます。
トランジスタ側の抵抗RL
データシートによると、
IF=10mA、VCE=２Vの時に、コレクタ電流ICが0.3mA
とのことなので、これを基に単純計算すると、抵抗は10kΩになります。
ただしこの抵抗は感度にかかわるので、場合によっては調整することもあるかと思いますが、とりあえずこの値を使ってやってみます。
両方の抵抗が決まったので、図のように配線します。LED回路も同時にArduinoに作っておきます。
配線の様子
こちらが、実際の配線の様子です。フォトリフレクタを繋ぐワイヤーはマスキングテープでまとめています。
また、フォトリフレクタは端子が４つもあるので、間違えないように気を付けてください。
それではさっそく、プログラミングをしていきましょう。
AD変換値をシリアルモニタに表示してみる
まず、ArduinoのA0ピンで読み取るAD変換値が、白い面と黒い面でどれくらい変化するかを見てみます。
プログラムはとても簡単で、analogRead( )でＡ０ピンの値を読んで、それをシリアルモニターに表示するだけです。
//当Webサイトに掲載された内容によって生じた損害・損失の一切の責任を負いません。
//当webサイトの免責事項に同意いただける場合に限り、プログラムをご利用いただけます。
#define LED_PIN 12
#define MEASURE_CYCLE 200
void setup() {
pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
Serial.println( analogRead(A0)); //AD変換値の読み取り
delay(MEASURE_CYCLE); //測定間隔
}
実際にやってみると、白い面だと数値はだいたい400くらいです。
一方、黒い面にセンサを向けると数値は600から700くらいに変化します。
白と黒を検知するプログラムを作る
白と黒で、AD変換の数値がどれだけ変化するかが分かりました。
例えば閾値を500と考えて、500より大きければＬＥＤが点灯、それより下なら消灯というようなプログラムを考えてみます。
実際には、例えばif else文を使って次のようなプログラムを作ります。
//当Webサイトに掲載された内容によって生じた損害・損失の一切の責任を負いません。
//当webサイトの免責事項に同意いただける場合に限り、プログラムをご利用いただけます。
#define THRESHOLD 500 //閾値
#define LED_PIN 12 //ピン設定
#define MEASURE_CYCLE 200 //測定間隔
void setup() {
pinMode(LED_PIN, OUTPUT); //初期設定
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
Serial.println( analogRead(A0)); //AD変換値の読み取り
if(analogRead(A0) > THRESHOLD){
digitalWrite(LED_PIN, HIGH); //閾値より大きいなら点灯
}else{
digitalWrite(LED_PIN, LOW); //それ以外なら点灯
}
delay(MEASURE_CYCLE); //測定間隔
}プログラムの動作確認
では、プログラムをArduinoに書き込みます。
フォトリフレクタを白い面に当てるとＬＥＤは点灯しませんが、黒い面だとＬＥＤが光るようになりました。
これでフォトリフレクタを使って、色を検知する回路を作ることができました。
おわりに
いかがだったでしょうか。
今回は、フォトリフレクタの使い方についてご紹介しました。
フォトリフレクタはライントレースロボットにも使われるセンサーです。仕組みを知っておくだけでも、ロボットへの理解が一層深まると思います。
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最後まで読んでいただき、ありがとうございました。
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