Comparação dos Sensores LDR e Infravermelho em Um Robô Seguidor de Linha Final

2020 Brazilian Technology Symposium

Comparação dos sensores LDR e infravermelho em um robô seguidor de linha

Santos, Felipe Ferneson Ferreira Craveiro dos

Dept. de Engenharia Elétrica

 Universidade do Estado de Mato Grosso.UNEMAT

Sinop, Brasil

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Pereira, Wellivelton de Moura

Dept. de Engenharia Elétrica

 Universidade do Estado de Mato Grosso.UNEMAT

Sinop, Brasil

[e-mail]

Oliveira, Vlademir de Jesus Silva

Dept. de Engenharia Elétrica

 Universidade do Estado de Mato Grosso.UNEMAT

Sinop, Brasil

[e-mail]

 Abstract—Sensors used in robotics are widely characterized components, however studies of the application of these devices in specific competence modalities are not common. In this article, we present a comparative study of the main sensor applied in a line-following robot, for LDR (Light Dependent Resistor) and phototransistor. The reflection data from the GL5528 - LDR 5mm and PT333-3B-5mm phototransistor sensors are found under the same conditions as the typical line-following vehicles and confronted with the influence of ambient light.

Keywords— Sensors; LDR (Light Dependent Resistor); photodiode and robotics

1. Introdução

        A evolução da robótica necessita de precisão das tecnologias envolvidas, principalmente da eletrônica, e do conhecimento das grandezas físicas do ambiente. Os meios para obter valores dessas variações físicas do ambiente, como temperatura, intensidade sonora ou presença, e determinar essas condições do meio monitorado são aplicados os sensores. Portanto, nesse artigo se apresenta uma comparação entre dois métodos de sensoriamento de luminosidade: o uso do LDR (Resistor Dependente da Luz), e do fotodiodo. O objetivo deste trabalho é comparar os sensores LDR e infravermelho em um robô seguidor de linha projetado para um sistema embarcado autônomo em um percurso para seguir uma linha de cor branca em uma superfície de cor preta e vice-versa.  Projetando realizar uma comparação entre diferenças de aplicação para determinar em certos casos qual o sensor tem melhor resultado aplicando em carro seguidor de linha.

1. LDR (Light Dependent Resistor)

        O LDR (Light Dependent Resistor) é um semicondutor passivo com especificação de grandeza variável, que contém dois terminais. Sua resistência é sensível a luz, de acordo com a intensidade de luz refletida sobre ele. A superfície e simbologia do LDR pode ser visto na Fig. 1 e algumas divisões construtivas são mostradas na Fig. 2.

[pic 1]

Fig. 1. LDR de sulfeto de cádmio e sua simbologia

[pic 2]

Fig. 2. Vista superior e corte lateral do LDR.

O LDR é montando com matérias semicondutoras, normalmente sulfeto de cádmio (CdS) ou seleneto de cádmio (CdSe), em razão de ter uma boa resposta fotocondutora. Quando a luminosidade choca com uma molécula de CdS ou CdSe, um elétron absorve carga do fóton e evolui em direção da molécula, caso tenha acumulado uma energia aceitável para o fóton. Com a falta de elétron acontece algumas lacunas na banda de valência, e ambas possuem energia fazendo que o curso luminoso reflita no LDR carregado no semicondutor, gerando uma condutividade maior no dispositivo.

O material base do LDR é o sulfeto de cádmio (CdS) que é sensível à luz na faixa do espectro visível, mas pode ser construído de diversos materiais diferentes, os quais são mostrados na tabela abaixo:

Tabela 1: Materiais utilizados para construção do LDR.

[pic 3]

O LDR consiste simplesmente do material semicondutor na sua forma pura, protegido por um invólucro transparente a quase todas as cores do espectro visível, de modo que a luz possa ser absorvida por ele. Para outras aplicações (por exemplo na faixa do infravermelho, como no caso do controle remoto de televisão) é necessário utilizar outros materiais (por exemplo o arseneto de gálio) (GHELLERE, 2009).

Em relação a com a resistência e a luminosidade está associado a seguinte equação:

R=A*L^(-α) [pic 4]

Onde que:

R é a resistência, em ohm;

L é a iluminação, em Lux;

A e α constantes.

Essa relação é linear, descrevendo o gráfico da Fig. 3.

 [pic 5]

Fig. 3. Resistência do LDR em função da iluminação.

Uma vantagem no uso de LDR como sensores fotoelétricos está no fato de que eles podem operar com correntes relativamente elevadas, sendo muito sensíveis, o que simplifica o projeto de seus circuitos. No entanto, a desvantagem está na sua velocidade de resposta. Os LDR são sensores lentos, não operando em velocidades maiores do que algumas dezenas de quilohertz. Ainda podemos destacar que a curva de resposta do LDR se aproxima bastante da curva de resposta do olho humano, o que permite sua operação com fontes convencionais de luz, como a luz ambiente, lâmpadas incandescentes, fluorescentes, eletrônica e LED comuns de diversas cores. (WENDLING 2010).

1. Configuração do Sistema

Nesta seção está descrito os ensaios realizados para avaliar o funcionamento do LDR e do Fototransistor no intuito de analisar a sensibilidade e precisão dos sensores sobre a variação de luz (visível e infravermelha) em superfícies de cor branca e preta. O estudo foi dividido em dois momentos, sendo eles o circuito voltado para o LDR e o fototransistor de encapsulamento fumê (PT333-3B).

Todos os circuitos são alimentados por uma tensão de 5V proveniente do Arduino UNO partindo de um terminal dos sensores, enquanto o outro terminal tem um divisor de tensão com um sinal de saída que será lido para avaliação dos sensores. Contudo, no circuito com o fototransistor foi acrescentado um capacitor eletrolítico de 22 µF para atenuar os ruídos.

O LED funciona como um emissor para os componentes fotossensíveis. A partir de um sinal PWM responsável pelo controle da intensidade luminosa do LED que será emitida. Nesse circuito, tem-se uma alimentação com o sinal PWM e um resistor conectado ao terminal positivo do próprio LED, finalizando com o terminal negativo conectado à terra.

Para montagem desse aparato foram necessários os seguintes materiais:

I.        GL5528 - LDR 5mm

II. Fototransistor de encapsulamento fumê (PT333-3B) 5mm

III.        Arduino UNO R3