距離センサーと言えば、超音波、IR近接、レーザー距離センサーなどの数多くの種類がありますが、ArduinoまたはRaspberry PIプロジェクトに適用する距離センサーを選ぶのは簡単ではありません。したがって、今日は数多くの距離センサーとその種類と、使用環境によって最適な距離センサーについて紹介します。
次のような内容を含みます：
- 距離センサーの概説とする方法
- 距離センサーの種類
- 距離センサーの比較: どのように距離センサーを選ぶ?
距離センサーとは? 定義
その名前が示すように、距離センサーとは、物理的な接触なしであるオブジェクトの近接程度を測定することに使われるセンサーです。
距離センサーがどのように動作するのか?
通常には、距離センサーは信号 (距離センサーの種類に応じて、超音波、IR、LEDなどです) を出力して、それが戻るときの変更を測定することによって機能しています。
- 測定の変更は:
- 信号が戻ることにかかる時間
- 戻る信号の強度
距離センサーvs 近接センサー
類似の相関関係によって、距離センサーが常に近接センサーとつながっています。二つのセンサーの機能もいつも誤解されます。したがって、距離センサーと近接センサーを比較して、二つのセンサーの区別を紹介します。
- 近接センサーは、オブジェクトがセンサーを動作させるために設計された感知エリアにあるかどうかを感知します。したがって、センサーとオブジェクトの距離を示す必要はありません。
- 近接センサーをもっと知りたいなら、こちらをご参照ください。
- 距離センサーは、電流を出力することによって、オブジェクトと測定装置の距離を測定します。電流の内容は超音波、レーザー、赤外線などになります。
距離センサーの種類
距離センサーは何かをよく理解したら、 様々な距離測定センサーを深く理解することにします。各センサーは自分の測定技術を備えています。
さて、始めましょう！
超音波センサー
超音波センサーとは?
実際には、超音波センサーは最も広く知られた距離測定センサータイプです。ソナーセンサーとして知られて、それが高周波超音波を発することによってオブジェクトとの距離を測定します。
超音波センサーがどのように動作するのか?
- 超音波センサーが目標オブジェクトに高周波音波を発する
- 目標オブジェクトは音波を受け取る
- 音波は反発されて、超音波センサーに反射する
- 音波が戻ることにかかる時間は距離の測定に使われる
超音波の用途とは? 主要な応用は？
超音波センサーはどのように動作するのは既に了解しました。次には、その用途について紹介します。 これは超音波距離センサーの一般的な応用です:
- 距離測定
- ロボットセンサー
- スマートカー
- Teslaは超音波センサーをそのオートパイロットプログラムの一部として使う
- ドローン (UAV)
超音波センサーの長所
- 音波を介して距離を検出するので、オブジェクトの色と透明性に影響されない
- 薄暗いところでもよく動作できる
- より低く電流/電気をかかる
- マイクロコントローラなどに適用するための複数のインタフェースオプションを備える
超音波センサーの短所
- 検出範囲が限定される
- 解像度が低くて、更新率も低いから、高速移動ターゲットを検出することに適用しない
- 特殊のテクスチャー/表面のオブジェクトの距離を測定することができない
超音波センサーのお勧め
Grove – 超音波センサー: HC-SR04の改良版
超音波センサーをArduinoで使用するには、超音波センサーモジュールが必要とします。Grove – 超音波センサーは流行っているHC-SR04よりもっと重要な利点をもたらすので、理想的な選択になります。
なぜそれがHC-SR04よりよいオプションになるかという疑問を持つ場合、次の比較表をご覧ください。
| Grove – 超音波センサー | HC-SR04 | |
|---|---|---|
| 動作電圧 | 3.3V / 5Vと互換性を持つ 幅電圧レベル: 3.2V – 5.2V | 5V |
| 測定範囲 | 3cm – 350cm | 2cm – 400cm |
| 必要なI/O Pin | 3 | 4 |
| 動作電流 | 8mA | 15mA |
| サイズ | 50mm x 25mm x 16mm | 45mm x 20mm x 15mm |
| Raspberry Piとペアする容易さ | 簡単で、直接にRaspberry Piの I/Oに接続できる | 電圧変換回路が必要とする |
この表によると、Grove – 超音波センサーがより汎用性を持つ選択ということがわかりました:
- 幅電圧レベルを支持する
- より少ない I/O pinを使う
- 簡単にRaspberry Piとペアできる
もっと知りたいなら、次の資料をご参照ください:
赤外線距離センサー
リストの第二位は赤外線の略語の赤外線距離センサーです。Sharp GP2Y0A21YK0Fと最も広く関連して、それが赤外線光線を発して、反射角を計算することによって距離または近接程度を測定します。
赤外線センサーは二つのレンズを備えています:
- 光ビームを発する赤外線LEDエミッターレンズ
- 反射された光線がその上に落ちる位置敏感光検出器（PSD）
赤外線距離センサーがどのように動作するのか?
赤外線距離センサーは三角測量の原則を通して動作します。反射された光線の角度に基づく距離を測定します。
- IR LEDから赤外線光線を発する
- 光のビームがオブジェクト (P1)に当たって、ある角度で反射される
- 反射された光線がPSD (U1)Ｊに到着する
- PSDのセンサーが反射オブジェクトの位置/距離を測定する
赤外線センサーの用途とは? 主要な応用は？
- TV、コンピューター、ラブトップ
- 距離測定
- 監視、盗難防止警報器などの安全システム
- アプリケーションを監視し、制御する
赤外線センサーの長所
- 小型（Sharpのような通常の赤外線センサーのサイズが小さくなる傾向がある）
- 昼でも夜でも適用できる
- 安全なコミュニケーション
- 超音波センサーと違って、表面が複雑なものの距離でも測定できる
赤外線センサーの短所
- 測定範囲は限定される
- 環境や固い物の影響を受ける；壁またはドアを通して使用することができない
赤外線センサーのお勧め
Grove – 80cm 赤外線近接センサー
SHARP gp2y0a21yk0fに基づいて、この赤外線近接センサーは簡単な Arduino距離測定を求めるユーザーにとって、理想的な選択になります。
低消費電力で小さなフォームファクターに詰め込まれて、この赤外線近接センサーは、10 cmから80 cmまでの範囲で絶えずに距離を測り続けることができます。
もっと知りたいなら、次の資料をご参照ください:
赤外線vs超音波
赤外線センサーと超音波センサーについて既に紹介しました。赤外線センサーと超音波センサーはどのような区別があるかという疑問を持っているかもしれません。これはそれらの区別を示す簡単な比較表です。
| 赤外線距離センサー | 超音波センサー | |
|---|---|---|
| 動作原理 | 反射された光波を通して距離を測定する | 反射された音波を通して距離を測定する |
| 測定方法 | 三角測量:反射された赤外線ビームの角度を測定する | 音波を発すると受信するの時間間隔を記録する |
| 人間との関係 | 目に見えない | 聞けない |
| オブジェクトの要求 | 複雑なオブジェクトの測定に適用する | 表面が複雑なオブジェクトの測定に適用しない |
レーザー距離センサー:ライダーセンサー
光検出と測距の略語のライダーはレーザー距離センサーとして認められます。それは、ラジオまたは音波の代わりにレーザーからの光波によって、目標の範囲を測ります。
ライダーがどのように動作するのか?
ライダーがどのように動作するのを説明するには、様々な方法がありますが (たとえば、三角測量、パルスベースなど) 、次の方法はその中で一番簡単なのです。
- ライダー装置の送信機が目標オブジェクトにレーザー光を発する
- レーザーのパルスは目標に受け取られて、反射される
- 距離は空気の中で光の常速度と信号の送信/受信間の時間の関係によって計算される
ライダーの用途とは? 主要な応用は？
- 環境観測、林業、土地マッピング等
- 距離測定
- 機械制御と安全
- ロボット学
ライダーの長所
- 測定の範囲と精度が高い
- 3D構造を測定する能力
- 更新率が高くて、高速移動のオブジェクトにも適用する
- ソナーとレーダーに比べて、波長は小さくて、小さいオブジェクトもよく測定できる
- 昼と夜の使用に適用する
ライダーの短所
- 超音波と赤外線と比べてコストが高い
- 肉眼に害がある：より高いエンドライダー装置は、 より強いライダーパルスを利用して人間の目に影響を及ぼすかもしれない
ライダーセンサーのお勧め
高いコストを心配しないで、Seeedではもっと手ごろな価格を持って、 簡単にArduinoと互換できるミニラーダー近接センサーを提供します。
興味があれば、製品ページをご参照ください。
LEDtime-of-flight距離センサー
最後には、LEDtime-of-flightセンサーを紹介します。最も一般的にVL53L0Xと関連して、それはtime-of-flight技術を使って距離を測定するライダーのより広いスペクトルの一部です。
time-of-flightとは何か？それがどのように動作するのか ?
Time-of-Flightセンサーは、波パルスがオブジェクトから反射されて、センサーに戻るのにかかる経過時間を測定します。それは光がエミッターからレシーバーに到着する時間を測定することによって、1つのスナップショットで3 D X、Y、Zイメージを作成することができます。
time-of-flight技術を持って、それがほかの距離測定方法より以下のような重要な利点を齎します：
- より広い範囲
- より速く測定できる
- より高い精度
Time-of-flightセンサーの動作方式はラーダーセンサーと似ている、それは
- time-of-flight装置の送信機はIR-LED光線を目標オブジェクトに発する
- LEDのパルスは目標に受け取って、反射される
- 距離は空気中光の常速度と信号の送信/受信の時間間隔の関係を使うことによって計算される
主要な応用:
- 工業応用
- マシン視覚
- ロボット学
- 人数の統計
- ドローン
time-of-flightセンサーの長所:
- 広い測定範囲と高い測定精度を提供する
- 3Dイメージングを支持する
- 大きなオブジェクトを識別することができるので、 様々なアプリケーションに広く採用される
time-of-flightセンサーの短所
- 高いコスト
- 一般的なシステムのZ軸の解像度は1cmですので、 Z軸の解像度は依然として悪い
time-of-flightセンサーのお勧め
Grove – Time of Flight距離センサー(VL53L0X)
名に当たるように、VL53L0Xは最先端のSPADアレイを集積して、STの第2世代Flightsense特許技術を埋め込みます。それで、 絶対距離を測るとき、最高2 mに達します。
上記のお勧めは Grove システム の一部なので、Arduinoと簡単にペアできます!
もっと知りたいなら、次の資料をご参照ください:
距離センサーの比較
自分に適する距離センサーを選ぶには、 選ぶときの注意事項なども含むまとめの表を提供します。
これらの四つの技術は自分の長所と短所を持っているので、まず自分の傾向/アプリケーションを考えたほうがいいです。 これを使ってまず何をするのか？
| 超音波センサー | 赤外線センサー | ライダーセンサー | Time-of-Flight | |
|---|---|---|---|---|
| 長距離感知することに適用する | いいえ | いいえ | はい | はい |
| 高読取り頻度 | いいえ | いいえ | はい | はい |
| コスト | 低い | 低い | 高い | 適度 |
| 複雑なオブジェクトに適用する | いいえ | はい | はい | はい |
| 外部の状況に敏感 | はい | いいえ | いいえ | いいえ |
| 3Dイメージングを互換できる | いいえ | いいえ | はい | はい |
上記の比較表から見ると、超音波と赤外線距離センサーはより短い感知範囲を要求するArduinoプロジェクトにより適用します。
ライダーとTime-of-flightセンサーはより高い感知度と3Dイメージングを求める方に適用します。
まとめ
以上は距離センサーの紹介です。これが距離センサーについてよく理解できて、自分に適するセンサーを買うことに役をたちますように願っております。
距離センサーとArduinoの互換性を言えば、低コストで高品質のSeeed Studio製品を考えましょう。それは自分で距離センサーを作る時間を節約することができます。
- 超音波センサーのお勧め:
- 赤外線センサーのお勧め:
- レーザー距離センサーのお勧め:
- Time-of-flightセンサーのお勧め: