Capteur obstacle infrarouge IR

Le capteur d’obstacle infrarouge est un petit module prêt à brancher qui répond à une seule question : « y a-t-il quelque chose devant moi ? ». Il émet un faisceau infrarouge invisible et guette son retour : dès qu’un objet renvoie la lumière, sa sortie change d’état. C’est le capteur que l’on trouve sur les robots éviteurs d’obstacles, les compteurs de pièces et les détecteurs de présence de proximité.

La carte que nous livrons est la HW-201, également vendue sous le nom FC-51 : un circuit bleu d’environ 3 × 1,5 cm portant une paire infrarouge émetteur-récepteur, un comparateur LM393, deux témoins lumineux et un potentiomètre de réglage. Trois fils suffisent pour l’utiliser.

Comment il voit un obstacle

Contrairement au capteur à ultrasons, qui mesure un temps de vol, ce module exploite la réflexion : la LED infrarouge émet en permanence, et la photodiode placée à côté surveille la lumière qui revient. Un objet proche renvoie davantage de lumière qu’un objet lointain, et le comparateur LM393 bascule dès que ce retour dépasse le seuil fixé par le potentiomètre.

Deux conséquences pratiques en découlent :

• Le résultat est binaire. Le module répond « obstacle » ou « rien », jamais « 14 cm ». Pour connaître une distance, il faut un capteur à ultrasons ou un télémètre infrarouge à triangulation.
• La portée dépend de la surface visée. Une feuille blanche réfléchit beaucoup et se détecte de loin ; un tissu noir, un plastique mat ou un objet velu renvoient très peu et ne se voient qu’à quelques centimètres. C’est le même principe qui fait fonctionner les robots suiveurs de ligne, capables de distinguer une bande noire d’un sol blanc.

Caractéristiques techniques

Brochage : trois broches

Le connecteur du module comporte trois broches mâles, séparées au pas standard de 2,54 mm :

La sortie du module est directement lisible par un microcontrôleur : aucune résistance ni aucun étage d’adaptation n’est nécessaire. Sur les rares cartes de cette famille câblées dans l’autre sens, la LED d’obstacle reste le repère fiable : elle s’allume quand le module voit quelque chose, quelle que soit la polarité de OUT.

Régler la sensibilité

Le potentiomètre bleu, marqué 103, se tourne avec un petit tournevis : il fixe le seuil de bascule du comparateur, donc la distance à laquelle le module déclare voir un obstacle.

• Dans un sens la détection devient très sensible : le module repère un objet à une trentaine de centimètres — mais il peut aussi détecter le sol, le bord du support ou votre main posée à côté.
• Dans l’autre sens il ne réagit qu’à quelques centimètres, ce qui est souvent ce que l’on veut sur un petit robot pour éviter les contacts.
• La méthode qui marche : placez le module à sa position définitive, posez devant un objet du même type que ceux qu’il devra repérer, puis tournez lentement jusqu’à ce que la LED d’obstacle s’allume, et revenez d’un huitième de tour en arrière. Le seuil est alors calé sur votre usage, et non sur une valeur théorique.

Applications courantes

• Robot éviteur d’obstacles — un capteur de chaque côté, ou un seul monté sur un servomoteur qui balaie devant le châssis.
• Robot suiveur de ligne — deux modules visant le sol distinguent la bande noire du fond blanc.
• Compteur d’objets — un module placé de part et d’autre d’un passage compte ce qui défile.
• Détection de proximité ou de présence — une alarme, un distributeur automatique, une porte qui refuse de se refermer.
• Sécurité de fin de course — détecter qu’un chariot arrive en butée, sans contact mécanique.

Mini-projet : un détecteur d’obstacle qui bipe

Le montage tient en quinze minutes et fait tout ce que fait un détecteur du commerce : une LED s’allume et un buzzer sonne dès qu’un objet s’approche.

Ce qu’il faut

Les fils mâle-femelle sont le bon choix : le module porte trois broches mâles et une plaque d’essai n’accepte que des broches mâles. L’extrémité femelle se clipse sur le capteur, l’extrémité mâle se pique dans la plaque.

Le câblage

Le programme

À copier dans l’IDE Arduino, puis à téléverser sur la carte :

/*
 * Detection d obstacle - capteur infrarouge a reflexion (HW-201 / FC-51)
 * Carte : Arduino Uno R3
 * Montage : le capteur, une LED rouge et un buzzer actif
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
const byte PIN_CAPTEUR = 2;   // sortie OUT du module
const byte PIN_LED     = 8;   // LED rouge, via une resistance de 220 ohms
const byte PIN_BUZZER  = 9;   // buzzer actif
void setup() {
  pinMode(PIN_CAPTEUR, INPUT);
  pinMode(PIN_LED, OUTPUT);
  pinMode(PIN_BUZZER, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Capteur infrarouge pret.");
}
void loop() {
  // Sur ce module, la sortie passe au niveau BAS dès qu'un obstacle
  // renvoie le faisceau vers la photodiode.
  if (digitalRead(PIN_CAPTEUR) == LOW) {
    digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
    digitalWrite(PIN_BUZZER, HIGH);
    Serial.println("Obstacle detecte");
  } else {
    digitalWrite(PIN_LED, LOW);
    digitalWrite(PIN_BUZZER, LOW);
  }
  // Le module relit sa photodiode des milliers de fois par seconde :
  // une pause de 50 ms suffit largement pour un usage humain.
  delay(50);
}

Comment ça marche

• digitalRead(PIN_CAPTEUR) renvoie LOW tant que le module voit un obstacle. C’est le comparateur LM393, sur la carte, qui a déjà pris la décision : l’Arduino ne lit qu’un état, il ne mesure rien.
• Le buzzer est un modèle actif : il contient son oscillateur, donc un simple digitalWrite le fait sonner. Avec un buzzer passif il faudrait employer tone() en précisant la fréquence.
• La résistance de 220 Ω en série avec la LED n’est pas facultative : sans elle, la LED reçoit trop de courant et grille en quelques secondes.
• Aucune bibliothèque n’est nécessaire : le module fait tout le travail, le programme fait dix lignes utiles.

Pour aller plus loin

• Un balayage devant le robot — montez le module sur un petit servomoteur : il explore la gauche, le centre et la droite, et le robot sait de quel côté tourner.
• Bip court au lieu d’un son continu — remplacez digitalWrite(PIN_BUZZER, HIGH) par tone(PIN_BUZZER, 1000, 200).
• Deux capteurs pour suivre une ligne — un module de chaque côté de l’axe, et comparez les deux sorties pour corriger la trajectoire.

Points d’attention

• Le noir ne réfléchit pas. Un obstacle sombre ou mat se détecte de bien plus près qu’un obstacle clair : réglez le seuil sur le pire cas de votre application, pas sur la feuille blanche de l’essai.
• Le soleil est un émetteur infrarouge. En plein soleil ou sous une lampe halogène, la photodiode est saturée et le module détecte en continu. Pour un usage en extérieur, protégez-le de la lumière directe par un petit capot.
• Un obstacle très proche peut passer inaperçu. La paire émetteur-récepteur est décalée sur la carte : à moins de deux centimètres, le faisceau n’a pas la place de revenir sous le bon angle. C’est la limite basse annoncée par tous les fabricants.
• Le module consomme en permanence. Il émet sans arrêt ; sur un montage sur pile, coupez son alimentation entre deux mesures plutôt que de le laisser veiller.

Questions fréquentes

Quelle différence avec un capteur à ultrasons HC-SR04 ?

Les deux répondent à la même question, mais pas de la même façon. Le capteur à ultrasons mesure une distance réelle, en centimètres, et fonctionne quelle que soit la couleur de l’obstacle ; il est plus lent et plus encombrant. Le capteur infrarouge, lui, donne une réponse immédiate mais binaire, dépendante de la surface. Sur un robot, on utilise souvent les deux : l’infrarouge pour les obstacles proches, l’ultrasons pour anticiper.

Peut-on l’alimenter en 3,3 V ?

Oui. Le module accepte de 3,3 à 5 V, et sa sortie reste compatible avec un ESP32 ou un ESP8266 sans adaptation de niveau. C’est l’un des rares capteurs de la famille à être aussi souple.

Est-ce le même module que le FC-51 ?

Oui, il s’agit de la même famille : cartes bleues à comparateur LM393, trois broches et un potentiomètre de réglage, commercialisées sous l’une ou l’autre référence selon le fabricant. Le brochage et le programme de cette page s’appliquent aux deux.

Pourquoi ma sortie reste-t-elle au niveau bas alors que rien ne bouge ?

Presque toujours un seuil trop sensible : le module voit le sol, le bord de la table ou l’objet qu’il doit justement surveiller. Tournez le potentiomètre dans l’autre sens : la LED d’obstacle doit s’éteindre. Si elle reste allumée même devant un mur lointain, vérifiez que la carte n’est pas éclairée par le soleil ou par une lampe puissante.

Peut-il mesurer une distance ?

Non. Il indique seulement si quelque chose se trouve dans le champ réglé. Pour une valeur en centimètres, il faut un capteur à ultrasons ou un télémètre infrarouge dédié.

À combiner avec

Pour construire un robot qui évite ce qu’il rencontre, le capteur se monte sur une voiture robotique avec deux roues, ou vient compléter un robot éviteur d’obstacles déjà monté. Si votre projet demande aussi une distance en centimètres, ajoutez un capteur à ultrasons HC-SR04 : les deux se complètent, l’un pour la proximité immédiate, l’autre pour l’anticipation. Et si c’est une ligne au sol que le robot doit suivre plutôt qu’un obstacle à contourner, le capteur optique TCRT5000 est la version prévue pour cela.