Senzorji so zelo pomemben del elektronike, zlasti pri robotiki in avtomatizaciji. Senzorji v elektronskih napravah nam olajšajo življenje s samodejnim zaznavanjem in nadzorom naprav brez človekove interakcije. Obstaja veliko vrst senzorjev, kot so požarni senzor, senzor vlažnosti, senzor gibanja, temperaturni senzor, IR senzor itd. V tem članku bomo razložili IR senzor (infrardeči senzor), kako deluje in kako zgraditi modul IR senzorja.
IR senzor je zelo priljubljen senzor, ki se uporablja v številnih aplikacijah v elektroniki, na primer v sistemu daljinskega upravljanja, detektorju gibanja, števcu izdelkov, robotskih sledilcih, alarmih itd.
IR senzor v bistvu sestavljata IR LED in fotodiodo, ta par se običajno imenuje IR par ali Photo sklopka. IR senzor deluje na glavnem, pri katerem IR LED oddaja IR sevanje, fotodioda pa IR sevanje. Odpornost fotodiode se spreminja glede na količino IR sevanja, ki pada nanjo, zato se tudi padec napetosti na njej spreminja in z uporabo primerjalnika napetosti (kot je LM358) lahko zaznamo spremembo napetosti in ustrezno ustvarimo izhod.
Namestitev IR LED in fotodiode je možna na dva načina: neposreden in posreden. V neposredni pojavnosti se IR LED in fotodioda držita drug pred drugim, tako da lahko IR sevanje neposredno pade na fotodiodo. Če mednje postavimo kateri koli predmet, potem ustavi padanje IR svetlobe na fotodiodo.
In pri posredni incidenci sta IR LED in foto dioda postavljeni vzporedno (drug ob drugem), obrnjeni oba v isto smer. Na ta način, ko je objekt pred IR parom, IR predmet odbije objekt in ga absorbira fotodioda. Upoštevajte, da predmet ne sme biti črn, saj bo namesto odseva absorbiral vso IR svetlobo. Na splošno je IR par na ta način postavljen v modul IR senzorja.
Za izdelavo IR modula potrebujemo predvsem IR par (IR LED in fotodioda) in LM358 z nekaterimi upori in LED.
IR LED
IR LED oddaja svetlobo v območju infrardeče frekvence. IR svetloba je za nas nevidna, saj je njena valovna dolžina (700nm - 1mm) veliko višja od obsega vidne svetlobe. Vse, kar proizvaja toploto, oddaja infrardečo svetlobo, kot na primer naše človeško telo. Infrardeči imajo enake lastnosti kot vidna svetloba, saj jo je mogoče usmeriti, odbiti in polarizirati kot vidno svetlobo.
IR LED izgleda kot običajna LED in deluje tudi kot običajna LED, porabi 20mA toka in 3vots moči. IR LED imajo kot oddajanja svetlobe približno 20-60 stopinj in obseg pribl. od nekaj centimetrov do več stopal, je odvisno od vrste IR oddajnika in proizvajalca. Doseg nekaterih oddajnikov je v kilometrih.
PhotoDiode
Fotodioda velja za svetlobno odvisen upor (LDR), kar pomeni, da ima zelo visoko odpornost v odsotnosti svetlobe in postane nizka, ko nanjo pade svetloba. Fotodioda je polprevodnik s PN-spojem, ki deluje v obratni prednapetosti, kar pomeni, da začne tok voditi v obratni smeri, ko nanj pade svetloba, in količina toka je sorazmerna s količino svetlobe. Zaradi te lastnosti je uporaben za odkrivanje IR.
Fotodioda je videti kot LED, s črno barvno prevleko na zunanji strani. Uporablja se pri obrnjeni pristranskosti, kot je prikazano na spodnjem vezju.
LM358
LM358 je operacijski ojačevalnik (Op-Amp) in v tem vezju ga uporabljamo kot primerjalnik napetosti. LM358 ima v sebi dva neodvisna primerjalnika napetosti, ki ju je mogoče napajati z enim samim PIN-om, tako da lahko eno samo IC uporabimo za izdelavo dveh IR senzorskih modulov. Tu smo uporabili le en primerjalnik, ki ima vhode pri PIN 2 in 3 in izhod pri PIN 1. Napetostni primerjalnik ima dva vhoda, enega je invertirni vhod in drugi neinvertirajoči vhod (PIN 2 in 3 v LM358). Ko je napetost na neinvertirajočem vhodu (+) višja od napetosti na invertirajočem vhodu (-), je izhod primerjalnika (PIN 1) visok. In če je napetost invertirajočega vhoda (-) višja od neinvertirajočega konca (+), je izhod LOW.
Modul IR senzorja
Komponente
- IR par (IR LED in fotodioda)
- IC LM358
- Upor 100, 10k, 330 ohm
- Spremenljiv upor - 10k
- LED
Povezave si lahko ogledate v shemi vezja IR senzorja. Foto dioda je priključena v obratni smeri, obrnjeni konec LM358 (PIN 2) pa je povezan s spremenljivim uporom, da se prilagodi občutljivost senzorja. In neinvertirni konec (PIN 3) je povezan s spojem fotodiode in upora.
Ko vklopimo vezje, ni IR sevanja proti fotodiodi in izhod primerjalnika je NIZK. Ko pred IR parom vzamemo nekaj predmeta (ne črnega), potem IR, ki ga oddaja IR LED, odbije objekt in ga absorbira fotodioda. Zdaj, ko IR odbije na fotodiodi, napetost na fotodiodi pade in napetost na serijskem uporu R2 se poveča. Ko napetost na uporu R2 (ki je priključen na neinvertirajoči konec primerjalnika) postane višja od napetosti na invertirnem koncu, potem izhod postane VISOK in LED vklopi.
Napetost na obrnjenem koncu, ki se imenuje tudi mejna napetost, lahko nastavite z vrtenjem gumba spremenljivega upora. Višja napetost na obrnjenem koncu (-), manj občutljiv senzor in Nižja napetost na obrnjenem koncu (-), bolj občutljiv senzor.
Celo to vezje lahko namestite na tiskano vezje, da ustvarite ustrezen profesionalni modul IR senzorja.