概要

今回はフォトリフレクタを使って、対象物が白か黒かの判定を行いました。またフォトリフレクタに関する記事はありましたが、LBR-123Fに関する記事はなかったのでここに書こうかと思います。

用意するもの

・Arduino UNO R3
・フォトリフレクター(LBR-123F)
・ジャンパワイヤ
・動作抵抗器 220Ω　1本
・負荷抵抗器 ?kΩ　1本 (何kΩにすべきかは後に記載)
・白と黒の画用紙
　白と黒の画用紙はこのように、白黒白黒という順序で組み合わせて使います。

フォトリフレクタとは

その前にフォトリフレクタとは何なのか解説していきます。フォトリフレクタとは、赤外線を使って、対象物を反射させ、その反射した光の度合いによって、対象物が白なのか黒なのかを判定したり、対象物が存在しているかどうかを判定したりするものです。
赤外線(赤から外れたものなので可視光ではない)なので目視できず、カメラに映すと見えるらしいです。アノードとカソードを通してLEDの赤外線を発射しています。その光からエミッターとコレクターで光を受け取り、白ならば、反射するので光を多く受け取り
黒または反射物がなければ、受光部であるフォトトランジスタで光を多く受け取りません。

なぜ黒は光を反射せず、白は光を反射するのか？

なぜ色によっては光を反射したりしなかったりするのかわからない人もいるのでここで説明しておきます。普段我々が見ている「色」というものは実は光の反射によって識別されているのです。白は一番光を反射する性質を持つから白色に見える、黒は一番光を吸収する物質なので黒に見える、他の色も光の反射具合によっていろいろな色を目でみえているわけです。実際に、部屋を暗くすると様々な色が黒になったり白になったりすることがありますよね？でも電気をつければちゃんと元の色になる、このことから色というのは光の反射具合によって識別されているのです。今回のことをわかりやすく例えるなら、LEDの発光した光でそれが白か黒かをフォトトランジスタという目で色を識別しています。

回路図

回路は下記の通りになります。青の配線のせいで少し見辛いですが、ちゃんと負荷抵抗はあります。
[追記]これよく見たら5Vに接続していました。しかし、動作抵抗や負荷抵抗に関して抵抗値は超えていないので問題ないです。ご了承ください

ここでは動作抵抗と負荷抵抗というものがありますが、この二つについて説明します。

動作抵抗

動作抵抗とはLEDを点灯する部分の前に設置する抵抗です。ここの抵抗値はよく計算してから設置しておかないといけません。計算方法ですが、電源は3.3Vでとしておきます。そして順電圧が1.2V　順電流は20mAなのでキルヒホッフの法則から
(3.3-1.2) / 0.02 = 105Ωという計算になりました。100Ωでもいいのかもしれませんが、余裕をもって220Ωにしようと思います。

またこの抵抗の調整によって以下の現象が発生します。
抵抗を小さくする　→　発光量が大きくなり、消費電力は上がる
抵抗を大きくする　→　発光量が小さくなり、消費電力は下がる

負荷抵抗

負荷抵抗はフォトトランジスタの前に置かれる抵抗です。こちらの抵抗はどうやって計算されるかといいますと、ネットでは複雑でわからなかったので割愛します。
ただ、データシートでのグラフでは1kΩを基準に計測していたので、ここでは1kΩにしておけば壊れることはないと思います。ただ、ネットでは1kΩで計測がうまくいった事例はなく、だいたいが数kΩから44kΩで計測できたというデータを見かけることが多いので今回は22kΩとしておきます。(何kΩがいいかわからない場合、各Ωごとに検証した方が良いと思います)

またこの抵抗の調整によって以下の現象が発生します。
抵抗を小さくする　→　感度が小さくなり、消費電力も上がる
抵抗を大きくする　→　感度が大きくなり、消費電力も下がる

プログラム

プログラムは次のようになります。 A0に繋げたアナログピンからアナログ値を出力します。
対象物がないまたは、黒であれば1000程度の値　白であれば0に近い値となります。

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}
 
void loop() {  
  int val = analogRead(A0);
  Serial.println(val);
  delay(100);
}

参考