Mesurer une distance avec un objet connecté quel capteur choisir ?

Introduction

Dans le domaine des capteurs de distance, l’objectif principal est de déterminer à quelle distance se trouve une cible donnée. 

La précision souhaitée varie selon les besoins : souhaite-t-on une mesure exacte au millimètre ou simplement une informations sur  la proximité de l’objet, comme déterminer s’il est près ou loin ? 

Dans certains cas, il peut suffire de savoir si la distance à un objet dépasse un seuil spécifique. 
Il faut également prendre en compte les contraintes associées à chaque type de capteur. Par exemple, certains ne peuvent pas détecter les objets situés à moins de 5 cm ou à plus de 1 mètre. Cette considération est essentielle pour définir précisément nos exigences. 
image

Pourquoi existe-t-il différents types de capteurs de distance ?

Dans les cas d’usage qui peuvent se présenter à nous, il est fréquent de devoir mesurer des distances pour en déduire une information.

Voici quelques exemples de conception dans lesquelles BLUEGRioT intègre des capteurs de distance :

• pour mesurer des taux de remplissage de cuve avec Lesaffre,
• pour détecter la présence d’un vêtement sous le cintre connecté,
• pour aider le robot d’enchanted tools à s’approcher d’un objet qu’il doit saisir,

Rien que pour ces trois exemples nous n’avons pas utilisé la même technologie, alors comment choisir la bonne ? Nous détaillons un peu plus dans la suite de l’article.

Quels avantages à l'utilisation des infra-rouges pour les capteurs de distance ?

Chez BLUEGRioT, l’usage de la technologie infrarouge est courant, en particulier avec un composant de STMicroelectronics fréquemment désigné sous l’abréviation TOF, pour simplifier. Ces composants, faisant partie de la série VL53L, se distinguent par leur efficacité et leur avantage économique, leur prix étant inférieur à 5 dollars.

Avantages des VL53L : 

• Flexibilité et précision : Ils se distinguent par leur capacité à ajuster l’angle de détection, offrant ainsi une grande flexibilité : ils peuvent être configurés pour cibler de manière très précise ou, au contraire, couvrir une zone plus large. 
• Sélection de zones : Ces composants permettent de sélectionner spécifiquement des zones d’intérêt à surveiller tout en excluant d’autres zones non pertinentes. 
• Encombrement réduit : Un autre atout majeur de ces composants est leur taille minimale, avec des dimensions de seulement 5mm x 2,5mm. Cela les rend particulièrement avantageux par rapport à des systèmes ultrasonores de mesure TOF, qui sont généralement plus encombrants. 
• Communication intégrée : Ils intègrent également une interface de communication numérique, facilitant la connexion avec un microcontrôleur via i2C, par exemple. À l’inverse, un système à ultrasons nécessiterait un traitement spécifique et une électronique externe pour communiquer. 
• Applications pratiques : Utilisés dans nos smartphones pour gérer l’autofocus des caméras, ou dans les drones pour mesurer la distance avec le sol pendant l’atterrissage, les VL53L ont fait leurs preuves et se sont vendus par milliards. 

L'utilisation de l'Ultrason

C’est face aux contraintes des infra-rouge, qu’il est intéressant d’explorer les  de capteurs à ultrasons.
Certains capteurs ultrasons prêts à l’emploi sont disponibles sur le marché. Si vous vous intéressez à l’utilisation de l’ultrason pour mesurer une distance, vous avez probablement déjà rencontré le célèbre capteur ultrason HC-SR04, largement utilisé dans de nombreux projets Arduino. Cependant, ce module est loin de répondre aux exigences d’un projet industriel.
Cela dit, il peut servir de point de départ pour aborder le sujet. Voici ce que nous pouvons observer 
Le capteur ultrason est constitué de deux composants majeurs, nommés « transducteurs céramiques ultrasoniques« . Le premier doit être stimulé à une fréquence de 40 kHz pour générer un signal ultrasonore, tandis que le rôle du second est de recevoir l’écho de ce signal.
Il est essentiel de mentionner une différence notable entre ce module ultrasonique HC-SR04 et le capteur infrarouge VL53L, en particulier en ce qui concerne leur interaction avec les obstacles physiques. Pour illustrer, imaginons l’installation d’une vitre protectrice devant le capteur. Dans le cas de l’ultrason, cet obstacle bloquerait totalement le signal sonore, nuisant ainsi au bon fonctionnement du capteur. En revanche, le capteur infrarouge serait capable de fonctionner malgré la présence de la vitre.
Toutefois, le capteur ultrason présente des alternatives intéressantes ; des transducteurs spécifiques sont conçus pour surmonter ces défis, offrant ainsi une flexibilité accrue dans certaines applications.

Conclusion

Le choix d’un capteur de distance repose avant tout sur une analyse précise des besoins et des contraintes du projet. Les solutions infrarouges de type TOF offrent une combinaison intéressante de compacité, précision et simplicité d’intégration, tandis que les systèmes ultrasonores apportent une alternative pertinente dans des environnements ou des conditions particulières. Chaque approche possède ses atouts et ses limites, ce qui impose une réflexion préalable sur la portée attendue, les obstacles potentiels, l’encombrement ou encore les exigences de communication.

La diversité des options disponibles permet ainsi d’adresser une grande variété d’usages industriels, qu’il s’agisse de détection, d’assistance robotique ou de mesure de remplissage. Une compréhension fine des principes de fonctionnement et des contraintes associées conduit naturellement vers la solution la plus adaptée pour garantir fiabilité et performance.