Intermediário - Projeto 01

Interruptor utilizando sensor óptico reflexivo com Arduino

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.

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 Resultado de imagem para protoboard 830v

No mínimo utilizar protoboard com 830 pontos

Jumpers Kit cabos ligação macho / macho 1  
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

 Led 5mm Led 5mm 1  

1 LED alto brilho ou difuso (qualquer cor)

Você poderá utilizar também LEDs de 3 mm na cor que desejar.

Resistor Resistor 150Ω 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)

 

Arduino UNO Arduino UNO R3 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 Como calcular o resistor adequado para o led.

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.

3.3. 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.

3.1. Serão necessários os seguintes resistores:

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

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