Sensor CNY70IntroduccinEl CNY70 es un sensor de infrarrojos de corto alcance basado en un emisor de luz y un receptor, ambos apuntando en la misma direccin, y cuyo funcionamiento se basa en la capacidad de reflexin del objeto, y la deteccin del rayo reflectado por el receptor.

Vista externa y circuitos internos del sensor CNY70 El CNY70 tiene cuatro pines de conexin. Dos de ellos se corresponden con el nado y ctodo del emisor, y las otras dos se corresponde con el colector y el emisor del receptor. Los valores de las resistencias son tpicamente 10K ohmios para el receptor y 220 ohmios para el emisor.

Diferentes posibilidades de montaje del CNY70 Es importante fijarse bien en el lateral donde aparece el nombre del sensor, para identificar correctamente cada uno de los pines.

Patillaje del CNY70

Manejo del sensorEl CNY70 devuelve por la pata de salida correspondiente, segn el montaje, un voltaje relacionado con la cantidad de rayo reflectado por el objeto. Para el montaje A, se leer del emisor un '1' cuando se refleje luz y un '0' cuando no se refleje. Para el montaje B los valores se leen del colector, y son los contrarios al montaje A. Si conectamos la salida a una entrada digital del microcontrolador, entonces obtenedremos un '1' o un '0' en funcin del nivel al que el microcontrolador establece la distincin entre ambos niveles lgicos. Este nivel se puede controlar introduciendo un buffer trigger-schmitt (por ejemplo el 74HC14, ojo que es un inversor!) entre la salida del CNY70 y la entrada del microcontrolador. Este sistema es el que se emplea para distinguir entre blanco y negro, en la conocida aplicacin del robot seguidor de lnea. Otra posibilidad es conectar la salida a una entrada analgica. De este modo, mediante un conversor A/D se pueden obtener distintos valores. Esto permite la deteccin dinmica de blanco y negro (muy til cuando el recorrido presenta alteraciones en la iluminacin). Pero tambin, si empleamos el sensor con objetos de distintos color, establecer un mecanismo para la deteccin de los distintos colores, determinando los valores marginales que separan unos colores de otros. Esto permite emplear el sensor para alguna aplicacin donde la deteccin del color sea necesaria.

ConclusionesEl nico inconveniente del sensor es la necesidad de tener que situarlo muy prximo al objeto para detectar correctamente la reflexin. Por lo dems, es una solucin muy buena para la deteccin de lnea e incluso para emplearlo como encoder para la medicin de las vueltas dadas por las ruedas del robot.

El CNY70 de Vishay es uno de los sensores que ms se suele usar para los robots seguidores de lnea, es el primer sensor empezando por la izquierda, el cuadrado de 7mm de lado aproximadamente. Est compuesto por un fotodiodo y un fototransistor como se puede ver en el dibujo sacado del datasheet.

El fotodiodo se encarga de emitir luz cuya intensidad es funcin de la resistencia

que pongamos en serie con l y la tensin a la que le alimentemos. El fototransistor se encarga de recibir esta luz cuando se refleja sobre alguna superficie, y dependiendo de la cantidad de luz recibida trabaja en sus distintas regiones y pasa ms o menos intensidad por l. Por lo que podemos detectar distintas superficies en funcin de la luz que reflejen, y as es como seguimos una lnea negra sobre un fondo blanco, o viceversa. Cuando el sensor se encuentre sobre la parte negra (la lnea) esta absorber gran parte de la luz emitida por el diodo, por lo que nuestro transistor estar en corte y apenas tendrmos intensidad a travs de ste, cuando el sensor se sita sobre una superficie blanca, gran parte de la luz emitida por el diodo ser reflejada al fototransistor, pasando ste de su regin de corte a la de activa o saturacin y teniendo una intensidad bastante mayor.

Para poder detectar la cantidad de luz recibida por el transistor slo necesitaremos una resistencia en serie con ste, el valor de tensin ledo ser funcin de la intesidad que pasa por el transistor, es decir funcin de la luz recibida. Por lo que el circuito ms simple sera el siguiente:

Salida = Vcc - Ic*R Una resistencia se encarga de limitar la intensidad y luz emitida por el diodo. La otra resistencia nos proporciona un valor de tensin, por ejemplo si el transistor no reibiese luz (est sobre negro), pasaria una intensidad muy muy baja, por lo que la cada de tensin en la resistencia sera muy pequea y en la salida tendramos aproximadamente el valor de Vcc. Ahora el caso contrario, el transistor se encuentra en saturacin porque recibe mucha luz, la Ic es muy grande y el valor de la salida sera la Vce de saturacin del transistor 0.3 V. En el caso de que recibiesemos luz sin llegar a saturacin, los valores de nuestra salida oscilaran entre los dos valores anteriores. En principio podemos usar este circuito tan simple, cuando el sensor se encuentre sobre negro tendr un valor prximo a Vcc y cuando se encuentre sobre blanco prximo a los 0.3 V, por lo que podramos enganchar esta salida a la entrada digital y que reconozca ambos

niveles lgicos. Pero tambin nos podemos encontrar con niveles de tensin por encima del nivel de umbral de cero de la lgica y por debajo del nivel de umbral del 1. Es decir si nuestra lgica por ejemplo toma un 1 a partir de 4 V, y un cero cuando la entrada es menor de 1 V , que interpretara la lgica cuando la salida fuese 3 voltios? Para solucionar esto lo mejor es usar un disparador Schmitt, se encarga de proporcionar una seal de 0 5 voltios al microcontrolador en funcin del valor de la salida de nuestro sensor con una histresis. Por lo que es la mejor solucin cuando vamos a leer los sensores en digital, adems muchos microcontroladores incorporan ya este disparador en sus entradas, por lo que slo hay que ver si el puerto lo lleva y conectar el circuito anterior, si no lo lleva es mejor ponerlo externo.

En este dibujo se muestra el disparador, por lo general un 74HCT14, en este caso la resistencia se coloca en el emisor en lugar del colector, por lo que cuando estemos sobre blanco leemos un 1 en Q y un cero cuando estemos sobre negro. Aqu: Salida= Re*Ie, y lo que hace el 74HCT es que cuando la tensin en Re sea mayor de cierto valor nos da 5V en Q, y cuando sea menor a otro valor prximo pone Q a 0 V, por lo que evitamos meterle niveles

intermedios a la lgica. Los valores de las resistencias tenemos que calcularlos en funcin de varios parmetros. Si queremos que el diodo emita mucha luz, la resistencia en serie tendr que ser lo menor posible, Rd = (Vcc - 1.25)/ Id, siendo el valor mayor de Id mximo de 50 mA, Por lo que cuanto mayor sea la intensidad de luz emitida por el diodo ms llegar al transistor y menor tendr que ser la resisntecia en serie con este, pero hacer que la corriente sea mxima para obtener la mayor seal reflejada no es siempre la mejor solucin, hay que tener en cuenta otros factores como la distancia, la temperatura, las frecuencias del sensor, el consumo total.. De la distancia del sensor a la superficie depende la cantidad de luz recibida por el transistor y por tanto la intensidad que pasa por l. Si nos vamos al datasheet vemos una grfica que nos da como cambia la intensidad del colector en funcin de la distancia para una tensin de alimentacin de 5V y una corriente de diodo de 20 mA.

Como se puede ver en la grfica lo ideal es llevar los sensores lo ms cerca posible del suelo, cunto ms alejados estn necesitaremos emitir ms luz (mayor consumo), una R de transistor mayor (mayores tiempos de encendido y apagado) y nos afectar ms la luz ambiente. Ah se puede ver como a partir de 6 mm la intensidad ha cado ms de un 80% del valor inicial. La luz ambiente es el mayor problema que nos podemos encontrar en un concurso, podemos llevar nuestro robot ms que probado en el garaje de casa, llegar al concurso y encontrarnos con algn foco o luz del da que sature nuestros sensores y el robot est ciego, no ser capaz de leer la lnea, y todo el trabajo realizado se habr perdido en este punto. Una luz constante sobre los sensores disminuye la sensibilidad de estos, tendramos una corriente constante de transistor que nos dara un valor apreciable continuo en la salida, y si este valor es lo suficientemente grande no detectaramos los cambios de blanco y negro, tendramos siempre un 1 o un cero en la salida. Para la luz ambiente hay varias soluciones. La primera es llevar los sensores lo ms pegados posibles al suelo de esta forma la luz ambiente reflejada es menor, muy pegados se evita totalmente, adems es normal ver como los concursantes cubren por los lados sus placas de sensores para que les llegue menos luz reflejada del exterior.

Otra opcin es modular la seal de diodo y filtrar la salida del transistor. En lugar de alimentar el diodo de forma continua, ahora metemos una seal pulsatora en ste, y la salida del transistor la pasamos por un filtro para obtener la seal producida por el diodo y evitar los efector de la luz ambiente siempre que no sature el sensor. Esta solucin implca mucha electrnica adicional. Habra que generar una seal en pulso para los diodos, que esto en principio no requiere de muchos componentes, con un transistor a una pata del micro bastara. Pero el inconveniente viene en la salida, que hay que montar un filtro para cada transistor, y si llevamos unos cuantos sensores requiere bastantes componente adicionales que cuestan y ocupan espacio, adems de la tarea de realizar el filtro. Tambin se podra demultiplexar. La tercera opcin que se suele ver y la usa mucha gente es leer en analgico. Para ello necesitamos usar un conversor analgico digital (adc) del micro, teniendo los sensores apagados leeramos el valor del adc en cada transistor, una vez ledo procedemos a ir encendiendo los diodos uno a uno y leemos el valor analgico en el transistor, la diferencia entre el valor ledo con el diodo encendido y el valor ledo con el diodo apagado nos proporciona la cantidad de luz reflejada por la superficie, evitaramos la luz ambiente siempre que sta no sea capaz de saturar el sensor. De igual forma aqu tenemos que usar electrnica adicional, como puede ser algn demultiplexor analgico, adems debemos de tener en cuenta los tiempos de conversin del ADC. Esta es la mejor opcin de las posibles, ya que nos proporciona un valor analgico real que se corresponde con la posicin de la lnea entre dos o ms sensores y por tanto tendramos una sensibilidad mayor. Lo ms rpido y fcil es la primera opcin, leemos nuestros sensores en digital pasados por un trigger smichtt y nos preocupamos de llevarlos lo ms cerca posible del suelo y bien tapaditos para que no les afecte mucho la luz ambiente, y con unos buenos valores de resistencia y condensador no tendrmos problemas de saturacin. La gente que lleva un tiempo participando en concursos y con robots competitivos tiran para la tercera opcin, hay mucho ms trabajo en electrnica y cdigo, pero para ganar hay que trabajar... Yo por

supuesto me decanto por la primera opcin... Si queremos apagar y encender diodos tenemos que tener en cuenta los tiempos de apagado y encendido del sensor, y aqu juega un papel fundamental la resistencia de transistor y la capacitancia base colector. Cuanto mayor sea la resistencia mayores sern los tiempos de encendido y apagado, y si el transistor entra en saturacin ptica el tiempo de apagado ser bastante mayor que el de encendido, por lo que si disminuimos la R perdemos sensibilidad pero ganamos en tiempos. Aqu hay que sacar lapiz y papel y junto con el tiempo de conversin del adc ver cuanto tardamos en leer cada sensor, la placa total de sensores, y el espacio recorrido en este tiempo. Por tiempo de apagado y encendido del sensor se entiende el tiempo que tarda la salida del sensor en alcanzar su valor. Por ejemplo estas imagenes son de una seal cuadrada conectada al diodo, y en azul la salida del transistor con una resistencia de emisor de 15k sobre un fondo blanco. Amarilla: alimentacin diodo. Azul: Vre Re=15K. F=1KHz.

Tiempo de subida

Tiempo de bajada

A 10 Khz el CNY no es capaz de seguir la entrada.

Si usamos una resistencia mayor de transistor 47k.

Amarillo: diodo. Azul: Vre Re=47k

Tiempo de subida.

Tiempo de bajada.

El tiempo aumenta considerablemente al aumentar la resistencia de carga, por lo que si queremos encender y apagar diodos para realizar mediciones debemos tenerlos en cuenta para calcular que distancia representa y ver si se puede despreciar. Por ltimo podemos usar un CNY para leer un encoder, y aqu es importante su resolucin, la distancia mnima de lnea que puede leer, adems de los tiempos anteriores. Si miramos la grfica encontramos que la posicin del sensor respecto al desplazamiento de la lnea y su distancia a sta condiciona su resolucin.

Por lo que si tenemos un encoder con lneas finas la colocacin del cny nos puede influir bastante a la hora de ser capaz de leerlo. A la hora de poner las resistencias hay que pensar en todo lo anterior (y ms...), la placa de cny que voy a montar en el miniz va a ser leda en digital, como resistencias voy a usar 120 Ohmios de diodo y 15k de transistor, lo que me da un consumo de diodo muy elevado de 42 mA. Mi idea es que la intensidad del diodo sea la mxima posible para minimizar los efectos de la luz ambiente al poder permitirme llevar una resistencia de colector lo ms baja posible, adems mejoro el tema de tiempos (aunque puede que esto resulte despreciable a la velocidad a la que voy), que aunque leo en digital apago y enciendo los diodos en el periodo para minimizar el consumo total, ya que voy a montar 16 cny (640 mA) en la placa de sensores, uno pegado a otro, de tal forma que obtengo una

buena resolucin, ya que siempre voy a tener 3 sensores sobre la lnea, o incluso 4 si esta pasa de los 20mm. La placa que voy a montar y probar es la siguiente, a ver si la paso por el cido y veo como sale la idea.

Bueno aqu dejo colgado el pequeo resumen sobre el cny, que si no cada vez que tengo que usarlo me toca leerme los datasheet. Agradezco cualquier correcin en lo que me haya podido equivocar, ya que tampoco es que tenga mucha experiencia con este sensor.

Seguidor de lneasDescripcin: He aqu un diseo Seguidor de supersimple para montar un rastreador de lneas lneas bsico con 2 sensores CNY70 y componentes discretos de fcil compra en cualquier comercio de electrnica. En el esquema mostrado se puede apreciar como funciona el circuito, el led emisor del sensor CNY70 se alimenta a travs de una resistencia R1 de 680 , cuando una superficie reflectante como el color blanco de la superficie por donde se mover el rastreador, refleja la luz del led emisor, el fototransistor contenido en el sensor CNY70baj a su resistencia interna entre Colector y Emisor con lo cual conduce la corriente que hace que tambin entre en conduccin el transistor Q1 que estaba polarizado a masa por medio de la resistencia R2 de 10 K. Q2 sirve para invertir la seal para que de este modo se desactive el motor cuando ve blanco y se ponga en marcha cuando ve negro el sensor, con lo que al activarse Q1 hace que se active Q2 cortando a Q3 con el, ya que este ultimo estaba activo porque esta polarizado por R3, con lo cual lo que a pasado es que la salida del motor se a desactivado cuando el sensor a detectado una superficie reflectante, en estado de reposo la salida estar siempre activa y Q3 conduciendo. Los 2 circuitos se pueden alimentar con 4 pilas normales de 1,5V puestas en serie con lo que se obtienen 6V, depender del consumo de los motores elegir pilas o bateras mas potentes. Montaje: El robot se compondr de un circuito que podremos hacer fcilmente con una placa de topos o de prototipos o usando los fotolitos expuestos y este tendr dos circuitos exactamente iguales uno para cadasensor-motor e irn

cruzados con lo que el sensor izquierdo actuara sobre el motor derecho y el sensor derecho sobre el motor izquierdo tal como se muestra en la ilustracin. Los motores tienen que ser de corriente continua y habr que fabricarles una reductora si no disponen de ella para mover las ruedas, contra mas grandes sean las ruedas, mas velocidad alcanzara el robot, aunque no hay que pasarse con el dimetro de estas porque si no en las curvas se saldr de trayectoria, unos 6 cm. es lo ideal. Los sensores irn dispuestos mirando al suelo y a unos 2 o 3 mm de separacin desde el suelo a la superficie del sensor y la separacin entre ambos sensores ser para que quede dentro de la lnea negra que vayamos a usar como trayectoria. En mi montaje he utilizado dos servos trucados de manera que queden solo los motores CC con la reductora osea sin circuito de control pero se puede usar cualquier motor de CC de unos 5 o 6 voltios y que no consuma demasiado para no agotar las pilas o bateras demasiado deprisa. El trazado lo podremos hacer sobre una cartulina blanca y para trazar las lneas usar cinta aislante negra, tener cuidado en no hacer curvas demasiado cerradas ya que si el robot es muy veloz (ruedas grandes) se saldr de la trayectoria por inercia y al sacar los 2 sensores fuera de la lnea no volver a entrar (recordemos que este sistema no es microcontrolado) por lo que haremos algunas pruebas antes de trazar el camino final. Funcionamiento: Pondremos el robot en la superficie de fondo blanca y lo alimentaremos, como los dos sensores estn activos los motores permanecern parados, ahora empujaremos el robot hasta la lnea de trayectoria negra, al entrar uno de los sensores con la lnea negra este har que el motor del lago contrario empiece a funcionar con lo que el robot entrara por si solo en la trayectoria, cuando tenga los dos sensores viendo negro los 2 motores estarn en marcha con lo que el robot avanzara en lnea recta, ahora bien si el llega a una curva y supongamos que el sensor izquierdo sale de la lnea negra entonces provocara que el motor del lado contrario (motor derecho) se desactiva con lo cual el robot girara a derecha (como un tanque) entrando de este modo en la lnea negra otra vez... para el caso contrario pasa lo mismo pero con el otro motor y sensor. Espero disfrutis de este sencillo diseo.. creo que es uno de los mas sencillos que hay ahora mismo por internet por no decir el mas sencillo :)

Como conectar un sensor infrarrojo CNY70 a un pic de forma simple

El CNY70 es un pequeo dispositivo con forma de cubo y cuatro patitas que tiene en su interior un diodo emisor de infrarrojos y un fototransistor en paralelo y apuntando ambos en la misma El la siguiente figura vemos la disposicin interna del CNY70 mirando el encapsulado desde arriba, ah se ve el diodo emisor de infrarrojos a la izquierda y el fototransistor a la derecha. Con solo 4 resistencias y un transistor es fcil conectar un CNY70 a un microcontrolador, este sensor es muy usado en robots seguidores de lneas y en robots de sumo para detectar el borde del ring Con este circuito cuando la superficie es negra el pin esta en high (1) y cuando es blanca se pone en low (0), es sensible hasta 1 cm de distancia de la superficie

Sensor Optico infrarojo por reflexin CNY70:

Ficha tcnica: El sensor CNY70 es uno de los Sensores ms empleados en

microbtica, dada su economa y sus variadas aplicaciones prcticas. Habitualmente se usa siempre que se desea que el robot mvil siga un camino marcado por una raya en el suelo, este enviara al microcontrolador toda la informacin necesaria para que sepa si ambos estn sobre la raya, uno de ellos o los dos estn sobre el fondo. El tratamiento de dicha informacin por el uC originar los comandos adecuados hacia las ruedas motrices para continuar sobre la raya que hace de gua. Tambin pueden usarse en la deteccin de obstculos, siempre que las superficies de los mismos sean muy reflectantes.

Funcionamiento: En el interior de la cpsula de este Sensor existe un diodo

LED que emite rayos infrarrojos, invisibles para el ser humano. El diodo consta de dos terminales, el nodo (A) y el ctodo (K). Sobre la misma superficie est ubicado un fototransistor que tiene la propiedad de conducir una corriente entre el emisor (E) y el colector (C), proporcional a la cantidad de luz que incide sobre su base. Al estar dispuestos sobre la misma superficie el emisor de rayos y el receptor de los mismos es necesario que delante de ambos exista una superficie reflectante para que el fototransistor pueda recibir los rayos que genera el emisor. La superficie reflectante debe estar situada a unos pocos milmetros de la que soporta al emisor y al receptor, para que a este ltimo le lleguen los rayos con suficiente intensidad. Para resumir, si el LED que emite lo hace sobre el fondo blanco, este reflejara la luz hacia el fototransistor, provocando un valor positivo en la salida del sensor. Si por el contrario, el LED emitiera sobre un fondo negro, este absorbera la luz y no reflejara nada al fototransistor, lo que obtendramos un valor negativo a la salida del sensor CNY70.

Patillaje y polarizacin: El circuito de conexionado elctrico de este sensor con

una lnea de entrada del microcontrolador es muy sencillo, como se aprecia en

la figura slo requiere un par de resistencias para la polarizacin del emisor y del receptor, y una puerta inversora que conforme la seal al nivel TTL para el correcto comportamiento del uC. lo mejor? el coste de este sensor es inferior a 1 Euro. El integrado IC-40106 es un inversor, tiene 6 entradas/salidas, es decir podramos conectar hasta 6 CNY70 o lo que queramos, porque podemos convinar cada inversor como nos convenga, son totalmente independientes, en este caso en concreto y tal como se ve en el esquema, sensor1 y sensor2 son dosCNY70, que iran conectados a las entradas de los inversores, las salidas de cada inversor 40106 iran directamente conectadas a la respectivas entradas del PIC, que dependiendo de la lgica de Programacin podremos actuar nuestros motores segun nos convenga.

Este es un ejemplo real de uso de estos sensores, quizs el mas comn en la microbtica es en los Robots rastreadores, el certamen consiste en conseguir que tu Robot llegue al otro lado, por supuesto en el menor tiempo posible, por el camino encontraras cruces, pistas sin salida... debers programar teniendo en cuenta todas esas posibles situaciones.