Senzory jsou velmi důležitou součástí elektroniky, zejména v robotice a automatizaci. Senzory v elektronických zařízeních usnadňují náš život automatickým snímáním a ovládáním zařízení bez lidské interakce. Existuje mnoho druhů senzorů, jako je Fire senzor, vlhkostní senzor, pohybový senzor, teplotní senzor, IR senzor atd. V tomto článku vysvětlíme IR senzor (infračervený senzor), jak to funguje a jak postavit IR senzorový modul.
IR senzor je velmi populární senzor, který se používá v mnoha aplikacích v elektronice, jako je systém dálkového ovládání, detektor pohybu, počítadlo produktů, roboty sledovače linky, alarmy atd.
IR senzor se v zásadě skládá z IR LED a fotodiody, tento pár se obecně nazývá IR pár nebo Photo coupler. IR senzor pracuje na principu, ve kterém IR LED vydává IR záření a fotodioda toto IR záření vycítí. Odpor fotodiody se mění podle množství na něj dopadajícího IR záření, proto se také mění pokles napětí na něm a pomocí komparátoru napětí (jako LM358) můžeme snímat změnu napětí a podle toho generovat výstup.
Umístění IR LED a fotodiody lze provést dvěma způsoby: přímým a nepřímým. Při přímém dopadu jsou IR LED a fotodioda drženy před sebou, takže infračervené záření může přímo dopadat na fotodiodu. Pokud mezi ně umístíme jakýkoli předmět, pak zastaví dopad IR světla na fotodiodu.
A v nepřímém dopadu jsou jak IR LED, tak fotodioda umístěny paralelně (vedle sebe), směrem k oběma ve stejném směru. Tímto způsobem, když je objekt udržován před infračerveným párem, se IR světlo odráží od objektu a absorbuje se fotodiodou. Všimněte si, že objekt by neměl být černý, protože místo odrazu absorbuje veškeré infračervené světlo. Obecně je IR pár umístěn tímto způsobem v modulu IR senzoru.
Pro sestavení IR modulu potřebujeme hlavně IR pár (IR LED a Photodiode) a LM358 s některými odpory a LED.
IR LED
IR LED vyzařuje světlo v rozsahu infračervené frekvence. Infračervené světlo je pro nás neviditelné, protože jeho vlnová délka (700 nm - 1 mm) je mnohem vyšší než rozsah viditelného světla. Všechno, co produkuje teplo, vyzařuje infračervené záření, jako například naše lidské tělo. Infračervené záření má stejné vlastnosti jako viditelné světlo, může být jako viditelné světlo zaostřeno, odraženo a polarizováno.
IR LED vypadá jako normální LED a funguje také jako normální LED, spotřebovává proud 20mA a energii 3vots. IR LED mají úhel vyzařování světla přibližně. 20–60 stupňů a rozsah cca. několik centimetrů až několik nožiček, záleží na typu IR vysílače a výrobci. Některé vysílače mají dosah v kilometrech.
Fotodioda
Fotodioda je považována za rezistor závislý na světle (LDR), což znamená, že má velmi vysoký odpor při absenci světla a při dopadu světla klesá. Fotodioda je polovodič, který má PN přechod, provozovaný v reverzním zkreslení, což znamená, že začne vést proud v opačném směru, když na něj dopadne světlo, a množství toku proudu je úměrné množství světla. Tato vlastnost je užitečná pro IR detekci.
Fotodioda vypadá jako LED s vnějším povrchem v černé barvě. Používá se s obráceným předpětím, jak je ukázáno v schématu níže.
LM358
LM358 je operační zesilovač (Op-Amp) a v tomto obvodu jej používáme jako komparátor napětí. LM358 má uvnitř dva nezávislé komparátory napětí, které mohou být napájeny jediným PINem, takže můžeme použít jediný IC k vytvoření dvou modulů IR senzorů. Použili jsme zde pouze jeden komparátor, který má vstupy na PIN 2 a 3 a výstup na PIN 1. Napěťový komparátor má dva vstupy, jeden je invertující vstup a druhý neinvertující vstup (PIN 2 a 3 v LM358). Pokud je napětí na neinvertujícím vstupu (+) vyšší než napětí na invertujícím vstupu (-), pak je výstup komparátoru (PIN 1) vysoký. A pokud je napětí invertujícího vstupu (-) vyšší než neinvertující konec (+), pak je výstup LOW.
Modul infračerveného senzoru
Součásti
- IR pár (IR LED a fotodioda)
- IC LM358
- Rezistor 100, 10k, 330 ohm
- Variabilní rezistor - 10k
- VEDENÝ
Zapojení můžete vidět na schématu zapojení infračerveného senzoru. Foto dioda je připojena v obráceném předpětí, invertující konec LM358 (PIN 2) je připojen k proměnnému odporu, aby se nastavila citlivost senzoru. A neinvertující konec (PIN 3) je připojen ke spojení fotodiody a rezistoru.
Když zapneme obvod, nedochází k infračervenému záření vůči fotodiodě a výstup komparátoru je NÍZKÝ. Když vezmeme nějaký objekt (ne černý) před IR pár, pak IR vyzařovaný IR LED se odráží od objektu a absorbuje fotodiodou. Nyní, když odražený IR dopadá na fotodiodu, napětí na fotodiodě klesá a napětí na sériovém rezistoru R2 se zvyšuje. Když napětí na rezistoru R2 (který je připojen k neinvertujícímu konci komparátoru) stoupne nad napětí na invertujícím konci, pak se výstup stane HIGH a LED se rozsvítí.
Napětí na invertujícím konci, které se také nazývá prahové napětí, lze nastavit otáčením knoflíku variabilního odporu. Vyšší napětí na obráceném konci (-), méně citlivý snímač a nižší napětí na obráceném konci (-), citlivější snímač.
Celý tento obvod lze umístit na desku plošných spojů a vytvořit vhodný profesionální modul IR senzoru.