Senzorii sunt o parte foarte importantă a electronicii, în special în robotică și automatizări. Senzorii din dispozitivele electronice ne fac viața mai ușoară prin detectarea și controlul automat al dispozitivelor, fără interacțiunea umană. Există mai multe tipuri de senzori, cum ar fi senzori de incendiu, senzor de umiditate, senzor de mișcare, senzor de temperatură, senzor IR etc. In acest articol, vom explica despre IR senzor (senzor infraroșu), cum funcționează și cum să construiască un senzor IR modulului.
Senzorul IR este un senzor foarte popular, care este utilizat în multe aplicații în electronică, cum ar fi utilizat în sistemul de control de la distanță, detector de mișcare, contor de produse, roboți de linie, alarme etc.
Senzorul IR constă în principiu dintr-un LED IR și o Fotodiodă, această pereche este denumită în general pereche IR sau cuplaj foto. Senzorul IR funcționează pe principiul în care LED-ul IR emite radiații IR și fotodioda simte radiația IR. Rezistența fotodiodei se modifică în funcție de cantitatea de radiație IR care cade pe ea, prin urmare, căderea de tensiune peste ea se schimbă și folosind comparatorul de tensiune (cum ar fi LM358) putem simți schimbarea tensiunii și putem genera ieșirea în consecință.
Amplasarea LED-ului IR și a fotodiodei se poate face în două moduri: Direct și indirect. În incidență directă, LED-ul IR și fotodioda sunt ținute unul în fața celuilalt, astfel încât radiația IR poate cădea direct pe fotodiodă. Dacă așezăm vreun obiect între ele, atunci oprește căderea luminii IR pe fotodiodă.
Și în incidența indirectă, atât LED-ul IR, cât și dioda foto sunt plasate în paralel (unul lângă altul), orientate pe amândouă în aceeași direcție. În acest mod, atunci când un obiect este ținut în fața perechii IR, lumina IR este reflectată de obiect și este absorbită de fotodiodă. Rețineți că obiectul nu ar trebui să fie negru, deoarece va absorbi toată lumina IR, în loc să se reflecte. În general, perechea IR este plasată în acest mod în modulul senzorului IR.
Pentru a construi un modul IR, avem nevoie în principal de perechi IR (IR LED și fotodiodă) și LM358 cu unele rezistențe și un LED.
LED IR
LED-ul IR emite lumină, în domeniul frecvenței cu infraroșu. Lumina IR este invizibilă pentru noi, deoarece lungimea sa de undă (700nm - 1mm) este mult mai mare decât gama de lumină vizibilă. Tot ceea ce produce căldură, emite infraroșu ca de exemplu corpul nostru uman. Infraroșii au aceleași proprietăți ca și lumina vizibilă, așa cum pot fi focalizate, reflectate și polarizate ca lumina vizibilă.
LED-ul IR arată ca un LED normal și, de asemenea, funcționează ca un LED normal, consumă curent de 20mA și putere de 3 voturi. LED-urile IR au un unghi de emitere a luminii de aprox. 20-60 grade și interval de aprox. de la câțiva centimetri la mai multe picioare, depinde de tipul de transmițător IR și de producător. Unele emițătoare au autonomia în kilometri.
Fotodiodă
Fotodioda este considerată rezistență dependentă de lumină (LDR), înseamnă că are o rezistență foarte mare în absența luminii și devine scăzută atunci când lumina cade pe ea. Fotodioda este un semiconductor care are o joncțiune PN, operată în polarizare inversă, înseamnă că începe să conducă curentul în direcție inversă atunci când lumina cade pe el, iar cantitatea de curent este proporțională cu cantitatea de lumină. Această proprietate îl face util pentru detectarea IR.
Fotodioda arată ca un LED, cu o acoperire de culoare neagră pe partea exterioară. Este utilizat în polarizare inversă, așa cum se arată în schema de circuit de mai jos.
LM358
LM358 este un amplificator operațional (Op-Amp) și în acest circuit îl folosim ca un comparator de tensiune. LM358 are în interior două comparatoare de tensiune independente, care pot fi alimentate cu un singur PIN, astfel încât să putem utiliza un singur IC pentru a construi două module de senzori IR. Am folosit aici doar un singur comparator, care are intrări la PIN 2 și 3 și ieșire la PIN 1. Comparatorul de tensiune are două intrări, una este intrarea inversantă și a doua este intrarea fără inversare (PIN 2 și 3 în LM358). Când tensiunea la intrarea fără inversare (+) este mai mare decât tensiunea la intrarea inversantă (-), atunci ieșirea comparatorului (PIN 1) este ridicată. Și dacă tensiunea intrării inversoare (-) este mai mare decât capătul neinversibil (+), atunci ieșirea este scăzută.
Modul senzor IR
Componente
- Pereche IR (LED IR și fotodiodă)
- IC LM358
- Rezistor 100, 10k, 330 ohm
- Rezistor variabil - 10k
- LED
Puteți vedea conexiunile în schema circuitului senzorului IR. Foto dioda este conectată în polarizare inversă, capătul inversor al LM358 (PIN 2) este conectat la rezistorul variabil, pentru a regla sensibilitatea senzorului. Și capătul fără inversare (PIN 3) este conectat la joncțiunea fotodiodei și a unui rezistor.
Când pornim circuitul, nu există radiații IR către fotodiodă, iar ieșirea comparatorului este scăzută. Când luăm un obiect (nu negru) în fața perechii IR, atunci IR emis de LED-ul IR este reflectat de obiect și absorbit de fotodiodă. Acum, când IR reflectat cade pe fotodiodă, tensiunea peste fotodiodă scade, iar tensiunea pe rezistorul de serie R2 crește. Când tensiunea la Rezistorul R2 (care este conectat la capătul neinversibil al comparatorului) devine mai mare decât tensiunea la capătul inversor, atunci ieșirea devine HIGH și LED-ul se aprinde.
Tensiunea la capătul de inversare, numită și tensiune prag, poate fi setată prin rotirea butonului rezistenței variabile. Cu cât tensiunea la capătul inversor (-) este mai mare, senzorul este mai puțin sensibil și tensiunea la capătul inversant (-) este mai mică, senzorul este mai sensibil.
Întregul circuit poate fi plasat pe PCB pentru a construi un modul profesional adecvat pentru senzori IR.