KY-033 / TCRT5000 - Infrarot-LED-Sensor

Ein TCRT5000 ist ein optischer Sensor, bestehend aus einer Infrarot-emittierenden LED und einem Infrarot-empfindlichen Fototransistor. Diese Sensor-Einheit besteht aus zwei einzelnen Bauteilen, die zusammen in ein schwarzes Gehäuse eingesetzt sind. Dieses Bauteil hat die Typenbezeichnung TCRT5000.
In der Regel verwendet man aber nicht das einzelne Bauteil, sondern zusammen mit einem Operationsverstärker zum Verstärken des Sensor-Signals und mit einem Potentiometer zum Einstellen der Schaltschwelle. Alles zusammen ist auf einer Platine gelötet. Hier gibt es unterschiedliche Modelle, die vom Prinzip und der Ansteuerung her identisch funktionieren. Neben dem TCRT5000-Modul gibt es auch noch den Typ KY-033.

Das IR-Sensor-Modul nutzt den photoelektrischen Effekt zur Detektion. Dabei wird das ausgehende Infrarot-Licht (IR) von einem Objekt reflektiert und vom Fototransistor empfangen. Das Signal, was der Fototransistor empfängt, kann man auf zwei Arten auswerten, sofern der Sensor dafür die Ausgänge hat.

1. Analog-Ausgang: Spannung, die von einem ADC-Eingang eines Mikrocontrollers ausgewertet werden muss.
2. Digital-Ausgang: Die Sensor-Spannung wird von einem Operationsverstärker verstärkt und abhängig von der Schaltschwelle die Detektion geschaltet. Die Schaltschwelle wird mit einem Potentiometer eingestellt (Kalibrierung).

Der IR-Sensor nutzt die Reflexion von Infrarot-Licht, was nicht sichtbar ist. Die Reflexion kann durch ein Objekt oder eine unterschiedlich gefärbte Fläche entstehen. Bei einer analogen Auswertung könnte man theoretisch unterschiedliche Farben erkennen.
Damit eine Erkennung funktionieren kann, müssen bei der Messung immer gleiche Voraussetzungen geschaffen sein. Beispielsweise können fremde Lichtquellen und Temperaturänderungen zu anderen Messwerten führen.

• Messbereich zur Entfernungsmessung: 1 mm bis etwa 12 cm
• Weiß-Schwarz-Unterscheidung: 1 mm - 25 mm

Hinweis: Diese Angaben sind mit Vorsicht zu genießen und in einer praktischen Anwendung zu erproben.

• VCC: 3,3 V bis 5,0 V
• DOUT: digitaler Ausgang (mit GPIO-Eingang oder Transistor verbinden)
• AOUT: analoger Ausgang (mit ADC-Eingang verbinden)
• GND: Ground oder 0 Volt

Wenn man nach TCRT5000 sucht, gibt es viele verschiedene Modelle. Ein TCRT5000 ist aber nur das IR-LED-Sensor-Modul. In der Regel bekommt man unter der selben Bezeichnung Platinen mit unterschiedlichen LED-Modulen, die auch noch unterschiedlich angeordnet sind. Weiterhin unterscheiden sie sich in Art und Anzahl der Ausgänge. In der Regel ist immer ein digitaler Ausgang vorhanden. Manche haben zusätzlich einen analogen Ausgang. Welches Model man wählt, hängt ein wenig davon ab, was man braucht. Für einen konkreten Anwendungsfall ist man unter Umständen gezwungen unterschiedliche Modelle auszuprobieren.

Beispiel: Fürs Line-Tracking (Linienfolgen) eignen sich am Besten Module bei denen das LED-Sensor-Modul um 90 Grad gedreht auf die Platine gelötet ist. Die LEDs sind dabei nach unten gerichtet.

Ein Sensor-Modul mit TCRT5000 kann man nicht einfach so nutzen. Damit es sinnvoll verwendet werden kann, muss es kalibriert werden. Bei der Auswertung des digitalen Ausgangs hat das Potentiometer nur Einfluss auf die Schaltschwelle, ab der der digitale Ausgang eine Erkennung detektieren soll. Im Prinzip stellt man damit die Empfindlichkeit ein.

Der analoge Ausgang, sofern vorhanden, kann auch eingestellt werden. Allerdings legt man damit nur fest, ob die Werte im oberen oder unteren Wertebereich liegen.

Die Vorgehensweise der Kalibrierung ist ganz einfach:

• Wenn die linke LED auf der Sensor-Platine leuchtet, dann dreht man das Potentiometer zuerst nach links, bis die LED angeht. Dann dreht man solange nach rechts und links, bis die Empfindlichkeit eingestellt ist, die notwendig ist, um das Objekt oder der Farbunterschied erkannt wird.
• Wenn die linke LED auf der Sensor-Platine NICHT leuchtet, dann dreht man das Potentiometer zuerst nach rechts, bis die angeht. Dann dreht man solange nach links und rechts, bis die Empfindlichkeit eingestellt ist, die notwendig ist, um das Objekt oder der Farbunterschied erkannt wird.

Hinweis: Sich nur nach der linken LED auf dem Sensor-Modul zu richten muss nicht sinnvoll sein. Es kann notwendig sein, die Kalibrierung bei laufendem Programm durchzuführen, um das digitale Umschalten von „0“ nach „1“ auswerten zu können.