Очень простой и дешевый сенсор расстояния на ИК светодиодах

Для ближайшего проекта мне требуется управление рукой без касания с учетом расстояния. То ест ближе рука — больше что-то, дальше рука — меньше что-то.

Искал вариант использования ИК светодиода и приемника для этого дела, но все, что нашел не понравилось – все громоздко, много резисторов, а мне надо 4 сенсора сделать в сжатом пространстве. Некоторые решения не дают диапазона значений, а дают только логический 0 или 1. В итоге нашел то, что надо а даташите для ОУ LM358 (кто-бы подумал).

В даташите дана схема для фотоячейки. Я ее использовал без изменений, только вместо фотоячейки поставил ИК светодиод и сопротивление обратной связи сделал около 4.5МОм. ОУ LM358.

Как видите, это простая схема инвертирующего усилителя, где одно сопротивление заменено на светодиод.

На макетке это выглядит так:

Для излучателя используется ИК светодиод INF5940 с длиной волны 940нм и углом 35 градусов купленный здесь http://www.futurlec.com/LEDInfrared.shtml. Сопротивление для излучателя взято 220 Ом (для 9В питания), что дало ток около 35мА.

Для приемника используется INFD5940, который, в принципе, тот же самый светодиод, только темный, чтобы лучше поглощать свет.

Вот конструкция в работе:

Как видно, работает все очень четко и стабильно. Реагирует на малейшее движение руки вверх-вниз четко в такт. Никакого дребезга. При указанном усилении и токе излучателя реакция начинается примерно с 10 см (мне больше и не требуется). Для эксперимента я излучатель сделал постоянный. В этом режиме превышать 50мА нельзя. В реальном устройстве излучатель будет импульсный, что позволять использовать ток до 250 мА, что позволить или увеличить дальность или улучшить качество детектирования.

На один детектор получается необходимо: светодиоды — 2, резисторы — 2, ОУ — 1. Причем ОУ можно взять сдвоенный или даже счетверенный, что позволит еще уменьшить количество деталей и использовать всего один конденсатор вы питании микросхемы.

Я использовал ИК, чтобы не было видного глазам мигания, но это все будет работат и с оптическими светодиодами и с ультрафиолетовыми. Примечательно, что приемник также реагирует на ИК пульт, поднесенный достаточно близко.

Далее был проведен эксперимент для выяснения зависимости напряжения на выходе ОУ от расстояния. Использовалась белая полоска бумаги и мультиметр.

Таблица снятых данных:

Полученный график выглядит так:

Найти математическое представление сего чуда лежит за пределами моего желания потратить время. Я был бы рад, если бы кто-то нашел функцию, которая с хорошей точностью описывает этот процесс, однако она все-равно скорее всего будет слишком сложной для релизации в МК. До тех пор буду довольствоваться линейной апроксимацией между ключевыми точками по таблице в рабочей области (где график идет круто, а не полого). При подаче большего тока, крутой участок будеь больше по вертикали, что еще упростит задачу.