Cảm biến khoảng cách là một linh kiện quan trọng trong nhiều ứng dụng, từ robot tự hành tránh vật cản, đo mức chất lỏng trong bể chứa, đến các hệ thống đo khoảng cách không tiếp xúc. 

Hiện nay, có nhiều loại cảm biến khoảng cách khác nhau, nhưng ba loại phổ biến nhất là GP2Y0A21YK0F (cảm biến hồng ngoại – xuất tín hiệu analog), HC-SR04 (cảm biến siêu âm – xuất tín hiệu digital), và VL53L0X (cảm biến laser ToF – giao tiếp I2C). Mỗi loại có nguyên lý hoạt động, ưu điểm và hạn chế riêng, phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Dưới đây là bài viết so sánh chi tiết ba loại cảm biến này.

1. Nguyên lý hoạt động

1.1 Cảm biến hồng ngoại GP2Y0A21YK0F

Cảm biến GP2Y0A21YK0F hoạt động dựa trên nguyên lý phản xạ của tia hồng ngoại. Bên trong cảm biến có một đèn LED hồng ngoại phát ra chùm tia sáng theo một góc cố định. Khi chùm tia này gặp vật cản ở phía trước, một phần ánh sáng sẽ bị phản xạ trở lại và được bộ thu trong cảm biến ghi nhận. 

Dựa vào cường độ và góc phản xạ của ánh sáng quay lại, cảm biến có thể tính toán được khoảng cách từ nó đến vật cản. Phương pháp này giúp GP2Y0A21YK0F hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện ánh sáng khác nhau nhưng có thể bị ảnh hưởng nếu bề mặt vật phản xạ kém hoặc trong môi trường có nhiều nguồn sáng hồng ngoại khác.

1.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04

Cảm biến HC-SR04 hoạt động bằng cách sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách đến vật thể. Nó bao gồm hai bộ phận chính: một bộ phát sóng siêu âm (transmitter) và một bộ thu sóng siêu âm (receiver). Khi hoạt động, bộ phát sẽ phát ra một xung sóng siêu âm tần số cao (khoảng 40kHz). Sóng này lan truyền trong không khí và khi gặp vật cản, nó sẽ bị phản xạ trở lại bộ thu của cảm biến.

 1.3 Cảm biến laser VL53L0X

Cảm biến VL53L0X sử dụng công nghệ Time-of-Flight (ToF), nghĩa là nó tính toán thời gian bay của một chùm tia laser phát ra đến khi phản xạ lại từ vật thể. Bên trong cảm biến có một nguồn phát laser hồng ngoại và một bộ thu nhạy sáng. Khi một xung laser được phát đi, nó di chuyển với tốc độ ánh sáng, va chạm với vật thể rồi phản xạ lại.

Cảm biến này có ưu điểm là độ chính xác cao, hoạt động tốt trong môi trường ánh sáng thay đổi, nhưng có thể bị ảnh hưởng nếu vật thể có bề mặt hấp thụ ánh sáng mạnh.

2. Bảng so sánh chi tiết

3. Lựa chọn cảm biến phù hợp

Việc chọn cảm biến đo khoảng cách tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng:

• GP2Y0A21YK0F: Phù hợp nếu bạn cần một giải pháp đơn giản, giao tiếp analog, với phạm vi đo từ 10 cm đến 80 cm. Thích hợp cho robot tránh vật cản, thiết bị gia dụng, nhưng có thể bị ảnh hưởng bởi ánh sáng môi trường.
• HC-SR04: Lựa chọn tốt nếu bạn cần đo khoảng cách xa (2 cm - 400 cm) với giá rẻ và không quá yêu cầu độ chính xác cao. Phù hợp cho robot tránh vật cản, đo mức nước, nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường có nhiều tiếng ồn siêu âm.
• VL53L0X: Nếu yêu cầu độ chính xác cao, ít bị ảnh hưởng bởi ánh sáng môi trường, phạm vi đo 30 mm - 2000 mm, thì đây là lựa chọn tối ưu. Phù hợp cho robot, cảm biến cử chỉ, hệ thống an ninh, và có thể tích hợp nhiều cảm biến đồng thời.

4. Kết luận

Tóm lại, mỗi loại cảm biến khoảng cách đều có ưu nhược điểm riêng và phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. GP2Y0A21YK0F là sự lựa chọn tốt cho các ứng dụng khoảng cách ngắn, nơi yêu cầu sự chính xác trung bình. 

HC-SR04 là lựa chọn phù hợp cho những dự án cần đo khoảng cách xa với chi phí thấp nhưng không yêu cầu độ chính xác cao. Trong khi đó, VL53L0X là lựa chọn tối ưu cho những ứng dụng cần độ chính xác cao và khả năng đo chính xác trên các vật liệu đa dạng. Tuỳ vào nhu cầu thực tế, bạn có thể chọn loại cảm biến phù hợp để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.