今回は、遮断型赤外線センサモジュール(下図)を購入したので、使って見ようと思います。
インターフェイスは3本のピンヘッダだけ、と言うシンプルなモジュールですね。
発光ダイオード(LED)と、光が当たるとONするフォトトランジスタを組み合わせて、LED→フォトトランジスタ間で、光が遮断された事を検知するセンサです。
昔、反射型赤外線センサTCRT5000Lを使ったことが有りました。TCRT5000Lも同じ、LEDとフォトトランジスタを組み合わせたセンサでしたね(下図、およびリンクを参照)。
ただし、こちらは反射型なので、LEDから発光した光が前方の障害物に当たって反射してきたことを検知するセンサとなっています。
どちらのケースも困ってしまうのは、普通に太陽光(自然光)で反応してしまうケースです。LEDを発光していない状態でも、太陽光に反応してフォトトランジスタがONしてしまうと、誤検知してしまいます。
この回避策として一般的に、可視光LEDではなく940nm辺りの赤外線LEDが使われています。
勿論、太陽光にも、赤外線は含まれているのですが、太陽光スペクトル等で調べてみると、丁度940nm近辺で強度が低下している事が判ります。
※詳しくは知りませんが、大気中の何らかの分子が吸収⛅しているらしいです。
940nmの赤外線が、TVやエアコンなどのリモコン他、多くの機器で使用されている理由の一つです。
センサに立ち戻って考えると、当然、同じ940nmの赤外線を使うリモコンなどの発光にも干渉を受けます。また、強度が低下しているとは言えど、太陽光にも940nm付近の赤外線は含まれているので、直射日光などが当たると誤動作する場合があることにも、留意して使わなくてはなりません。
ここで、今回のお買い物を記しておきます。
amazonで、他のお買い物と同時に購入しましたので、配送料は無料でした。
ちなみに、このお買い物の後、amazonは「2,000円以上送料無料」から「3,500円以上送料無料」に引き上げとなった様です。
電子工作の部品なんて、そんなに高価なものは少ないので、正直、今まででも2,000円分溜めてから、まとめて購入することでさえ一苦労だったのだけど、3,500円に引き上げとなってしまっては、もはや「送料有料410円」と、考えるしかありません。
繰り返しますが、電子工作の部品なんて、そんなに高価なものではないので、送料410円は無駄が過ぎるのです。事によると送料の方が、購入した部品より高いなんてことにも……。
ただ、考え様によっては、こちらの秋月電子通商なんかも、送料500円なので、amazonで売っていなかったり、高かったり割高だったりする部品に関しては、「別なショップで購入する」と言う選択肢もアリになって、自由度は広がったのかな？
※今までは、amazonが多少割高でも、2,000円以上のお買い物で送料無料にできたお陰で、逆にお得感がありました。その箔が落ちたら、他のショップで買うのも大いにアリです。
こちらのaitendoも、送料490円なので似たり寄ったりですね。秋月電子通商と同じで細かいパーツをばら売りしてくれるのが嬉しい。スイッチサイエンスは、小さな部品ならメール便で送ってくれて、送料200円で利用できます。うんうん、amazon以外の選択肢が広がって購入しやすくなったと、前向きに考える事にしよう。
今回のセンサ、2組あれば十分だったのだけど、無駄に5組も入っていました。
実は、このセットの中に、どうしても必要だった部品(スロットディスク)が含まれており、少し割高だったのですが、このセットを選択しました。
セットの内容物は以下の通りです。
セットの内容：
時に、何で「5組セット」だったのでしょうか？当方の使い方では2組あれば十分だし、多くても4組あれば充足するはずの部品なのです。あと1組は何に使うの？予備？(要らんわ！)
完全に「売る側」の都合としか思えません。これも手前の事しか考えていない中華品質、悪しき。
購入した遮断型赤外線センサを回路図から読み解いて行こうと思います。
購入ページに掲載されていた回路図や、実基板の配線パタン、搭載された素子のマークなどから回路図を起こしてみました(下図)。
二層基板で全ての配線が可観測であるとは言えど、ピン配置が不明な素子等もあったので、上の回路図は想像も含んでいます。あしからず。
前節回路図を起こすに当たり、各素子について考察した内容を以下の通り、まとめておきます。
消費電流値は、思った以上に大きかったな……。IR LED(D1)の電流制限抵抗R1＝200Ωが小さすぎるんだよ〜。そんなに電流を流して、明るく光らせる必要ないのに……。自分で作るなら、もう少し大きな抵抗値を使って電流値を低下させたり、目視確認用の可視光LED(D2)も不要なので、その分の電流値を削減できたのだけど……。致し方なし。
回路は単純で、発光器(エミッタ)としてのLED(D1)と、受光器(ディテクタ)としてのフォトトランジスタ(Q1)があり、フォトトランジスタのON／OFFに従って出力される信号をシュミットトリガ入力インバータで受けて、ピンヘッダのOUT端子に出力しています。ピンヘッダは3本で、出力信号OUT以外の残り2本はVCCとGNDです。
赤外線LEDの順方向電圧Vfは、赤色LED等と同様、低めな値(約1.3V)のハズなので、恐らくVCC＝3.3V等低電圧でも十分光らせる事が可能でしょう。
シュミットトリガ入力インバータも、マークから74HC14の互換品だと思われます。HCはHigh speed CMOSタイプを表すコードなので、こちらも問題なく3.3Vで使用できると思います。
今回は、このまま5V定格のUNOで実験を進めますが、3.3V定格のマイコンでも使用可能なモジュールだと考えられます。
※元々、3.3V定格のマイコンで使うために購入したので、3.3Vで使える事は重要です。この先の出来事は、また別なお話です。
回路図より、出力信号OUTの生成回路は、電源VCCからプルアップ抵抗(R2)とフォトトランジスタ(Q1)を通ってGNDに落ちていて、フォトトランジスタのエミッタから信号が引き出されています。
この信号は：
それをシュミットトリガ入力インバータで受けて出力しているので、出力信号OUTは論理レベルが逆転しています。
出力信号OUTは：
フォトトランジスタの出力は本来、アナログ的な赤外線強度を取得できるものです。しかし、今回のモジュールではシュミットトリガ入力で受けているため、アナログ的な中間電位は観測できません。観測できる情報はLOW／HIGHの二値である事にも留意してください。
LOW／HIGHを切り分ける閾値電圧も、シュミットトリガ入力インバータの入力電圧特性(Vt−／Vt＋)で決まってしまい、特定の電圧値を指定することができません。
そういう意味では、モジュールとして完成された商品ではなく、遮断型赤外線センサを単体で購入して周辺回路を自分で作り込んだ方が、赤外線の発光強度の調整や、フォトトランジスタのアナログ出力を取得できて、小回りが利きます。
今回は、こちらのスロットディスクが必要だったので、これが付属していた出来合いのセンサモジュールセットを購入しました。各自、用途に合わせて選んでみてください。
遮断型赤外線センサモジュールを使って、応用回路を作って行きたいと思います。今回の電子工作は、昔の記憶媒体である「パンチカード」リーダです。
今や、磁気テープどころか、フロッピィディスクさえ使ったことが無い(知らない)エンジニアが居る様な時代ですが、パンチカードと言うのは、それより昔に使われていた、紙にデータを出力して記録する媒体です。
パンチカードを検索する(別ウインドウが開きます)
紙に、0／1を符号化した規則的な穴を開けておき、それを読み取り機に掛けると、穴の有り／無しをセンサで読み取って、紙に記録したデータを読み出すことができました。1枚のパンチカードに記録可能なデータ量は高が知れていたので、大きなプログラム(またはデータ)をパンチカードに記録しようとすると、何10枚〜何100枚ものパンチカードが必要でした。
持ち歩くのも、保管するのも、書き出すのも、読み込むのも、一苦労だったのです。
一部、お年寄りには懐かしいパンチカードを、遮断型赤外線センサを使って作ってみましょう。
※筆者も、さすがにパンチカードを使った事は無い世代なのですが、高校の部室(コンピュータ部)で埃をかぶって眠っていたolivettiの計算機用パンチカード(実物)を目にしたことは、あります。
今回作成するパンチカードリーダ用の目標仕様を、以下の通りに決めておきます。
簡易パンチカードの目標仕様：
上の仕様だと、ビット値0と1で符号長が異なり、1の方がコードが長くなります。つまり、この符号化方式では、フレーム中に含まれるデータに1が多い場合が最長の符号になります。具体的には、データ＝0xffが最長で、データ＝0x00が最短の符号です。
完成までには、もう一息頑張る必要があるので、今回はここで小休止とします。次回、試行用のパンチカードを手作りして、パンチカードリーダの実験に突入します。
