Сензорите са много важна част от електрониката, особено в роботиката и автоматиката. Сензорите в електронните устройства улесняват живота ни, като автоматично усещат и управляват устройствата, без човешко взаимодействие. Има много видове сензори като пожарен датчик, датчик за влажност, датчик за движение, температурен датчик, IR сензор и т.н. В тази статия ще обясним за IR сензора (инфрачервен сензор), как работи и как да изградим модул за IR сензор.
IR сензорът е много популярен сензор, който се използва в много приложения в електрониката, като се използва в системата за дистанционно управление, детектор на движение, брояч на продукти, роботи с последователи на линии, аларми и др
IR сензорът основно се състои от IR светодиод и фотодиод, тази двойка обикновено се нарича IR двойка или фото куплунг. IR сензорът работи върху основния, при който IR LED излъчва IR лъчение, а фотодиодът усеща, че IR лъчението. Фотодиодното съпротивление се променя в зависимост от количеството IR излъчване, което пада върху него, следователно спадът на напрежението върху него също се променя и с помощта на компаратора на напрежението (като LM358) можем да усетим промяната на напрежението и да генерираме съответно изхода.
Поставянето на IR LED и фотодиода може да стане по два начина: Директен и Индиректен. При директна честота IR светодиодите и фотодиодите се държат един пред друг, така че IR лъчението може директно да попадне върху фотодиода. Ако поставим някакъв предмет между тях, тогава той спира падането на IR светлина върху фотодиода.
И при индиректна честота, както IR индикаторът, така и фотодиодът са разположени успоредно (един до друг), обърнати и в една и съща посока. По този начин, когато даден обект се държи пред IR двойката, IR светлината се отразява от обекта и се абсорбира от фотодиода. Имайте предвид, че обектът не трябва да е черен, тъй като поглъща цялата ИЧ светлина, вместо да отразява. Обикновено IR двойката се поставя по този начин в модула за IR сензор.
За да изградим IR модул, се нуждаем главно от IR двойка (IR LED и фотодиод) и LM358 с някои резистори и LED.
IR LED
IR LED излъчва светлина в диапазона на инфрачервената честота. IR светлината е невидима за нас, тъй като нейната дължина на вълната (700nm - 1mm) е много по-висока от обхвата на видимата светлина. Всичко, което произвежда топлина, излъчва инфрачервена светлина като например нашето човешко тяло. Инфрачервените имат същите свойства като видимата светлина, като могат да бъдат фокусирани, отразени и поляризирани като видимата светлина.
IR светодиодът прилича на нормален светодиод и също така работи като нормален светодиод, консумира 20 mA ток и мощност от 3 гласа IR светодиодите имат ъгъл на излъчване на светлина от прибл. 20-60 градуса и обхват от прибл. няколко сантиметра до няколко крака, това зависи от вида на IR предавателя и производителя. Обхватът на някои предаватели е в километри.
PhotoDiode
Фотодиодът се счита за светлозависим резистор (LDR), означава, че има много висока устойчивост при липса на светлина и става нисък, когато светлината падне върху него. Фотодиодът е полупроводник, който има PN връзка, работеща в обратен отклонение, означава, че започва да провежда тока в обратна посока, когато светлината попадне върху него, а количеството на текущия поток е пропорционално на количеството светлина. Това свойство го прави полезно за IR откриване.
Фотодиодът прилича на светодиод, с черно цветно покритие от външната му страна. Използва се при обърнати пристрастия, както е показано на схемата по-долу.
LM358
LM358 е операционен усилвател (Op-Amp) и в тази схема го използваме като компаратор на напрежение. LM358 има два независими компаратора на напрежение вътре, които могат да се захранват от единичен ПИН, така че можем да използваме единичната интегрална схема за изграждане на два IR сензорни модула. Тук сме използвали само един компаратор, който има входове при ПИН 2 и 3 и изход при ПИН 1. Компараторът за напрежение има два входа, единият е инвертиращ вход, а вторият е неинвертиращ вход (ПИН 2 и 3 в LM358). Когато напрежението на неинвертиращия вход (+) е по-високо от напрежението на инвертиращия вход (-), тогава изходът на компаратора (ПИН 1) е висок. И ако напрежението на инвертиращия вход (-) е по-високо от неинвертиращия край (+), тогава изходът е LOW.
Модул на IR сензора
Компоненти
- IR двойка (IR LED и фотодиод)
- IC LM358
- Резистор 100, 10k, 330 ома
- Променлив резистор - 10k
- LED
Можете да видите връзките в схемата на схемата на IR сензора. Фото диодът е свързан в обратна посока, инвертиращият край на LM358 (ПИН 2) е свързан към променливия резистор, за да регулира чувствителността на сензора. А неинвертиращият край (ПИН 3) е свързан към кръстовището на фотодиод и резистор.
Когато включим веригата, няма IR излъчване към фотодиода и изходът на компаратора е НИСКИ. Когато вземем някакъв обект (не черен) пред IR двойката, тогава IR, излъчен от IR LED, се отразява от обекта и се абсорбира от фотодиода. Сега, когато отрази IR пада на фотодиода, напрежението върху фотодиода пада и напрежението на серийния резистор R2 се увеличава. Когато напрежението на резистора R2 (което е свързано с неинвертиращия край на компаратора) стане по-високо от напрежението в инвертиращия край, тогава изходът става ВИСОК и светодиодът се включва.
Напрежението в инвертиращия край, което също се нарича прагово напрежение, може да се настрои чрез завъртане на копчето на променливия резистор. По-високо напрежение в инвертиращия край (-), по-малко чувствителен сензор и По-ниско напрежение в инвертиращия край (-), по-чувствително сензора.
Цялата тази схема може да бъде поставена на печатни платки, за да се изгради подходящ професионален модул за IR сензор.