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I01 - Usando o Sensor Óptico Reflexivo TCRT5000 como interruptor - Arduino

Angelo Luis Ferreira | 15/07/2020 Acessos: 11.072

Objetivo

Criar um circuito para atribuir duas funções em um único sensor óptico reflexivo TCRT5000 para ligar e desligar um componente eletrônico qualquer. Neste projeto, o sensor óptico servirá como um interruptor para ligar e desligar um led ao identificar um objeto dentro da sua faixa de operação.

Definições

Sensor Óptico Reflexivo TCRT500: Componente eletrônico constituído de um led emissor infravermelho (geralmente na cor azul) e um receptor infravermelho (fototransistor - geralmente na cor preta), separados por uma pequena parede plástica.

Led Emissor Infravermelho (IR): Led que emite um sinal IR (infrared ou infravermelho) que pode ser reconhecido por um componente receptor IR. Projetado para emitir sinais infravermelhos em dispositivos remotos, os quais contenham comandos específicos de envio para a placa microcontroladora. A faixa de luz emitida pelo led emissor não é perceptível ao olho humano.

Led Receptor (IR) - Fototransistor: Componente eletrônico que atua como um fotodiodo, permitindo a passagem de corrente elétrica somente com a presença de luz. O fototransistor é parecido com um transistor tradicional, possuindo 2 terminais sendo um o coletor e o outro o emissor, entretanto, a sua base base é ativada pela incidência de radiação infravermelha e não por um sinal digital.

Funcionamento do sensor óptico reflexivo: O sensor óptico reflexivo funciona através de um sistema de emissão e reflexão de luz infravermelha. Ao aproximar um objeto do sensor, a luz infravermelha emitida pelo led IR é refletida pelo objeto e detectado imediatamente pelo fototransistor que é ativado, enviando um sinal de baixo nível (LOW) para o Arduino.

Obs.: Na imagem abaixo temos: (1) O sensor apenas emite IR - o fototransistor envia sinal HIGH para o Arduino; (2) O sensor emite e recebe IR refletido no objeto - o fototransistor envia sinal LOW para o Arduino.

Atenção: É importante saber que o material do objeto que se deseja detectar influenciará diretamente no funcionamento do sensor. Quanto mais reflexivo o material, maior a distância que será detectado.

Distancia de operação do sensor:  Distância entre o sensor e o objeto a ser identificado. Pelo datasheet do fabricante, a distância "d" varia de 0 a 12mm, dependendo do material do objeto. O fototransistor, segundo o datasheet, vem com um filtro de luz ambiente, o que maximiza a identificação do feixe infravermelho refletido.

Obs: Pelos testes que fiz, o sensor atingiu até 20 mm de distância de operação, onde utilizei um mini protoboard como o objeto a ser detectado.

Aplicação

Para fins didáticos e projetos de alarmes, interruptores, detecção de presença, detecção de obstáculos, contagem de elementos em uma esteira transportadora, controle remoto e sistemas robóticos.

Componentes necessários

Referência	Componente	Quantidade	Imagem	Observação
Protoboard	Protoboard 830 pontos	1
Jumpers	Kit cabos ligação macho / macho	1
Led Difuso 5mm	LEDs 5mm alto brilho	1		1 LED alto brilho ou difuso (qualquer cor)   Você poderá utilizar também LEDs de qualquer outra cor ou LEDs difuso de 3 ou 5mm nas cores que desejar.
Resistor	Resistor	2		1 Resistor de 100Ω ou superior - usar no led emissor IR 1 Resistor de 150Ω ou superior  - usar no led comum
Resistor	Resistor 10KΩ	1		1 Resistor de 10KΩ (usar no fototransistor)
Sensor óptico reflexivo	Sensor óptico reflexivo TCRT5000	1		– Tensão de operação: 5VDC – Corrente máxima: 60 mA – Comprimento de onda: 950nm – Distância máxima detecção: 15mm (datasheet)
Arduino UNO R3	Arduino UNO	1		Você poderá utilizar uma placa Arduino UNO original ou similar

Montagem do Circuito

Conecte os componentes no Protoboard como mostra a figura abaixo. Verifique cuidadosamente os cabos de ligação antes de ligar seu Arduino. Lembre-se que o Arduino deve estar totalmente desconectado da força enquanto você monta o circuito.

Atenção

1. Lembre-se que o LED tem polaridade: O terminal maior tem polaridade positiva e o lado do chanfro tem polaridade negativa.

1.1. Portanto, faça a conexão do Arduino no terminal positivo do led (anodo) e o GND no terminal negativo (catodo).

1.2. Para evitar danos ao led é necessário a inclusão de um resistor no circuito. Como o resistor é um limitador da corrente elétrica, ele poderá estar conectado no anodo (terminal maior) ou no catodo (terminal menor) do led, tanto faz.

2. Determinamos o valor do resistor através da tabela prática: Tabela prática de utilização de leds 3mm e 5mm. Entretanto, o mais correto é sempre verificar o datasheet do fabricante do LED para você ter os exatos valores de tensão e corrente do mesmo - leia Leds ligados em série e em paralelo.

2.1. Valores utilizados para nossos projetos: LEDs difusos ou de alto brilho: Vermelho, Laranja e Amarelo: 150 Ω | Led Verde e Azul: 100 Ω

3. Para a montagem do sensor ótico no circuito é necessário observar os componentes que fazem parte do sensor: o fototransistor e o led emissor IR.

3.1. É importante salientar que o led emissor tem polaridade. Portanto, conecte o terminal positivo (anodo) no VCC (5V) e o terminal negativo (catodo) no GND. O resistor poderá estar conectado em qualquer terminal, positivo ou negativo.

Dica: Para saber se o led emissor IR está corretamente conectado, basta abrir a câmera fotográfica do celular e focar no sensor ligado em 5V. Se o led emissor parece estar aceso (cor pink),é porque o emissor está ligado corretamente. Isto acontece porque a luz IR não é perceptível ao olho nu, mas perceptível pela câmera.

3.2. O Fototransistor funciona de forma similar que um transistor NPN, ou seja, é constituído de Base, Coletor e Emissor. Ao receber luz infravermelha, o fototransistor é ativado após saturação, enviando um sinal de baixo nível (LOW) para o Arduino.

3.3. Serão necessários os seguintes resistores:

3.3.1. Resistor de 10KΩ para o fototransistor - poderão ser utilizados resistores de 4,7KΩ até 10KΩ.

3.3.2. Resistor de 150Ω para o led emissor - poderão ser utilizados resistores iguais ou superiores a 100Ω.

3.4. Veja o esquema elétrico abaixo para a conexão do sensor no Arduino. Observe que o led emissor fica no lado chanfrado do sensor.

4. A montagem do nosso projeto foi realizada em um protoboard com linhas de alimentação contínuas. Verifique se o seu protoboard possui linhas de alimentação contínuas ou separadas.

Testando a montagem do circuito

 1. Para verificarmos se tudo está correto, rode o sketch abaixo e verifique:

1.1. Ao aproximarmos um objeto ou o dedo do sensor, sem precisar tocá-lo, o led irá acender. Distanciando o dedo ou um objeto do sensor, o led se apagará imediatamente.

int pinLed = 12; // led conectado no pino digital 12
int pinSensor = 2; // fototransistor conectado no pino digial 2
   
void setup(){ 
  pinMode(pinSensor, INPUT); // define como entrada 
  pinMode(pinLed, OUTPUT); // definoe como saída   
  digitalWrite(pinLed, LOW); // led incia apagado
}  
   
void loop(){
  if (digitalRead(pinSensor) == LOW){ // se for LOW 
        digitalWrite(pinLed, HIGH); // acende o led
  }else{ // caso contrário
        digitalWrite(pinLed, LOW); // apaga o led
  }    
}

O vídeo abaixo mostra como o teste deve funcionar. Caso o sensor óptico não atue, revise todos componentes e todas as conexões.

Código do Projeto (Sketch)

1) Faça o dowload e abra o arquivo projetoI01.ino no IDE do Arduino: DOWNLOAD - projetoI01.ino

Ou se preferir, copie e cole o código abaixo no IDE do Arduino:

/*******************************************************************************
*
*    Projeto I01 - Usando o sensor óptico reflexivo TCRT5000 como interruptor
*    Autor: Angelo Luis Ferreira
*    Data: 15/07/2020
*                          http://squids.com.br/arduino                
*
*******************************************************************************/
const byte pinLed = 12; // led conectado no pino digital 12
const byte pinSensor = 2; // fototransistor conectado no pino digial 2

boolean state = 0;
   
void setup(){ 
  pinMode(pinSensor, INPUT); // define pino fototrnasistor como entrada 
  pinMode(pinLed, OUTPUT); // define pino led como saída   
  digitalWrite(pinLed, LOW); // led incia apagado
}  
   
void loop(){
  if (!digitalRead(pinSensor)){ // se o fototransistor estiver ativado                     
        while (!digitalRead(pinSensor)) {} // aguarda desativar o fototransistor 
        delay(50);
        digitalWrite(pinLed, state); // acende ou led e apaga o led
        state = !state;  
                                        
  }
}

Vídeo

Como o projeto deve funcionar

1. Ao iniciar o programa, o led ficará apagado.

2. Ao aproximar um objeto dentro da faixa de operação do sensor o led se acenderá e se manterá aceso.

3. Ao aproximar novamente objeto do sensor o led se apagará, invertendo-se assim o seu estado.

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