フォトリフレクタTPR-105Fの使い方

秋月電子通商で扱っているフォトリフレクタTPR-105Fを使ってみました。 秋月では以下の２種類を扱っています。

DAとDBの何が違うのかAIに聞いてみると 「反射型フォトセンサのDAランクとDBランクの違いは、 主に検出距離と検出精度にあります。DAランクは一般的に検出距離が短く、 精度もDBランクに比べて低い傾向があります。一方、DBランクは検出距離が長く、より高精度な検出が可能です。」 とのことです。値段も同じなのDBを使っておけば良いと思います。

TPR-105Fは縦2.7mm、横3.2mmの小さな部品です。



光を出す発光素子と、光を受信する受光素子を持っています。 光を反射する物体（白紙）に近づけると、反射した光を受光し、 光を吸収する物体（黒紙）に近づけると、光を受光できなくなります。



TPR-105Fの仕様書はこちらにあります。

回路図





                
                
実験


                
次のpdfのように、白から黒のテストパターンを印刷して準備します。
                    ただし、インクジェットプリンタではダメでレーザープリンターで印刷します。
                    インクジェットプリンタでは黒に反応しませんでした。


                
                    



                
上の回路の出力をArduinoのA/D変換に接続して電圧を測定します。
                


                



                
センサーと紙の距離は5mm、10mm、15mmを実験しました。距離が短くても長くて感度が悪くなります。
                    離し過ぎると白を感知できなくなります。近過ぎると黒が検知しずらくなります。
                    調度良い距離を探さないとなりません。


                
下の表は、センサーと紙の距離を変えて、黒の濃さの違う所をタッチして
                    A/D変換器の値を直接読んだ値です。5mmではGRB0, RGB:50, RGB:102は675,360,46
                    と区別できる値して認識できます。しかし、それ以上に薄いと白と変わらなくなってしまいます。
                    白と黒を判断するならば、5mmでも使うことができます。
                    10mmでは色の濃さに応じて中間の値が出ることがわかります。
                    色の濃さを判断したいのであれば、10mmくらいが最適であることがわかります。
                    15mmも離してしまうと、黒、白を判断できなくなります。


                

                

                    

                        
                        黒
                        
                        白
                    

                    

                        距離\RGB
                        0
                        50
                        102
                        154
                        206
                        255
                    

                    

                        5mm
                        675
                        360
                        46
                        35
                        30
                        26
                    

                    

                        10mm
                        902
                        621
                        300
                        135
                        42
                        38
                    

                    

                        15mm
                        929
                        922
                        902
                        771
                        645
                        556
                    

                


                
ただし、センサーにはばらつきがあり、最適値は実験に使ったセンサーに寄るところが大きい可能性があります。


                
                
動作確認


                
以下の動画は、ArduinoのA/D変換の情報をMIDIに変換して、
                    Control Change Monitorで表示した動画です。
                    このグラフは白がY軸上で大きな値に、黒がY軸上ゼロに近い値に表示されます。
                    センサーと紙の距離は5mmです。上の表にあるように、距離が5mmですのでRGB:154は白に（Y軸上で上に張り付いている）識別されます。
                


                

                    
                

                


                
                
プログラム


                
ArduinoはPro Micro
                     amazon link を使っています。
                    MIDIUSBのライブラリを使うことができます。

                
センサーと紙の距離は5mmの時のA/D変換器の最大値と最小値のをMIDIの0x00〰︎0x7Fにアサインします。



                
#include "MIDIUSB.h"

#define White_Vol 26
#define Black_Vol 675

int a3;
uint8_t rxb=0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  float fa3;
  uint8_t rx3;
  midiEventPacket_t CC = {0x0B, 0xB0, 0x01, 0x00};  //CC=1

  a3=analogRead(A3);
  fa3 = (float)(a3-White_Vol)/(Black_Vol-White_Vol);
  if(fa3≥1.0) fa3=1.0;
  else if(fa3<0.0) fa3=0.0;
  rx3 = (uint8_t)(fa3*0x7F);

  if(rx3!=rxb){           //値に変化があった時だけMIDIを送信する
    Serial.println(a3);
    CC.byte3 = 0x7F-rx3;  //黒だと値が小さく、白だと大きい
    MidiUSB.sendMIDI(CC);
    rxb=rx3;
  }
}