Sensor de distancia infrarrojo GP2Y0A21YK0F - Introducción

Hace ya algún tiempo que estuvimos presentando como funcionaba el sensor ultrasónico HC-SR04 y un sketch que podríamos usar para verlo en acción.  Con este sensor ultrasónico, podíamos medir un rango de distancias sensible entre 3cm y 3m con una precisión de 3mm.

Y como ya explicamos en su momento, funciona del mismo modo que lo hacen los murciélagos, esto es, enviando un ultrasonido (inaudible para el oído humano por su alta frecuencia) a través de uno de la pareja de cilindros que compone el sensor (un transductor) y espera a que dicho sonido rebote sobre un objeto y vuelva, retorno captado por el otro cilindro. 

Pues bien hay situaciones en las que nos podría interesar no tanto medir la distancia real a la que estamos de un obstáculo sino más bien si hay alguno lejos, cerca o muy cerca, y en función de los resultados tomar decisiones sobre la marcha de nuestro robot. Este tipo de enfoques no permitiría un procesado más rápido de la señal, y menos recursos computacionales de los datos. Debemos de tener en cuenta que para calcular la distancia a la que se encuentra un obstáculo usando el sensor ultrasónico, debemos emitir un pulso sónico, esperar el eco, y luego con sabiendo que la velocidad del sonido en el aire es de valor 340 m/s, o 0,034 cm/microseg (ya que trabajaremos con centímetros y microsegundos) y que la formula de la velocidad es

Tendremos el espacio de ida y vuelta recorrido por nuestro pulso ultrasónico, 

ahora tendremos que dividirlo entre dos para saber la distancia a la que se encuentra (recordemos que el pulso va y viene, por lo que la distancia del obstáculo es la mitad de la recorrida por nuestro pulso de ida-detección-vuelta-notificación)

Además, como el pulso se genera siempre a una frecuencia dada, imaginaros si tenemos tres o cuatro sensores ultrasónicos a la vez, cada uno mirando a un lado de nuestro robot, sin duda alguna correremos el riesgo de que ciertos ecos de un sensor se reciban por otro sensor y los interprete como propios, por lo que adicionalmente a los recursos que nuestro Arduino debe emplear para el cálculo de la distancia, tendremos que implementar otros filtros a nivel de programación para identificar los falsos ecos y descartarlos.

Por todo ello, a veces solo queremos saber si hay o no hay un obstáculo y hacerlo muy deprisa. Por ejemplo si estamos diseñando un seca manos que necesita ver si un cliente tiene las manos en el rango de trabajo del secador.

Para ello podríamos pensar en buscar algún sensor que funcionara con luz en lugar de con sonido. Todos sabemos que la velocidad de la luz es casi un millón de veces más rápida que la del sonido (es la razón de que vemos primero el relámpago y luego escuchamos el trueno). 

Pues bien, la empresa SHARP tiene diseñado una serie concreta para rangos de trabajo diferentes. Tres ejemplos de ellos los mostramos a continuación

1. De 4 a 30 cm, el GP2Y0A41SK0F
2. De 20 a 150 cm, el GP2YA02YKF
3. De 10 a 80 cm, el GP2YA021YK0F

Y hemos presentado estos tres por que son los tres que vienen con terminación en conectores de la serie PH del fabricante JST, 

que nos permitiría implementar el mismo tipo de conexionado independientemente del rango de distancias y sensor que vayamos a usar. Todos ellos tienen el mismo configuración de los pines (lo que se conoce por el pin-out).

Adicionalmente y con objeto de que lo podamos usar en distintas configuraciones el propio POLULU ha diseñado diferentes escuadras para poder anclarlo en la forma que más nos apetezca

de este modo, podríamos situarlos como vemos a continuación, 

O mejor, si lo colocamos encima de un servomotor, podremos con un solo sensor de infrarrojos mapear todos los obstáculos que se encuentren a nuestro alrededor.

Visto la parte mecánica, ahora echemos un vistazo a la parte eléctrica. De estos tres modelos que hemos presentado, nos vamos a centrar en el rango intermedio de 10 a 80 centímetros ofrecidos por POLULU:  GP2YA021YK0F.

Las características más relevantes del mismo son:

Parámetros	Valor
Rango de distancia	10 – 80 cm
Velocidad de muestreo	26 Hz
Rango de tensión de trabajo	5.5 – 4.5 voltios
Consumo de corriente	30 mA
Tipo de salida	Analógica
Diferencia de tensión entre extremos	1,9 voltios (80 cm contra 10 cm)

Lo primero que nos salta a la vista es el consumo del sensor 30 mA. Si recordamos lo que vimos en entrada en la que estuvimos viendo las limitaciones de potencia eléctrica, aunque no debemos sobrepasar 40 mA en los pines digitales, lo recomendable es mantenerse en el orden de los 20 mA. Es por ello, por lo que el propio SHARP en previsión de que pueda haber algún tipo de problemas con el suministro, aconseja que se coloque un condensador de 10 µF o mayor, entre el pin de alimentación y de tierra para estabilizar la línea.

Lo segundo que vemos es que la salida es analógica, y no digital como hubiéramos esperado para este tipo de sensores. Por lo que podríamos creer que son una formula parecida a la que usamos para nuestro sensor de ultrasonido, podríamos no solo detectar el obstáculo, sino también calcular la distancia a la que se encuentra.

Como podemos ver en la gráfica que mostramos a continuación, la respuesta del sensor no es lineal más allá de los primeros centímetros, 

por lo que dejaremos para otra entrada, como calcular la fórmula y hacer los ajustes necesarios para calibrar los resultados de forma adecuada.

En la próxima entrada veremos los esquemas de conexión que debemos usar y un sketch simple que nos permitirá evaluar los resultados que podemos obtener con este tipo de sensores. 

Y ya sabéis, si tenéis alguna sugerencia o duda, no tenéis más que mandarnos un correo a

e intentaremos responder a vuestra pregunta lo antes que podamos.