Az érzékelők az elektronika nagyon fontos részei, különösen a robotika és az automatizálás területén. Az elektronikus eszközök érzékelői megkönnyítik az életünket azáltal, hogy automatikusan érzékelik és irányítják az eszközöket, emberi interakció nélkül. Sokféle érzékelő létezik, például tűzérzékelő, páratartalom-érzékelő, mozgásérzékelő, hőmérséklet-érzékelő, IR-érzékelő stb. Ebben a cikkben elmagyarázzuk az IR-érzékelőt (infravörös érzékelő), működését és az IR-érzékelő modul felépítését.
Az infravörös érzékelő nagyon népszerű érzékelő, amelyet az elektronika számos alkalmazásában használnak, például a távvezérlő rendszerben, a mozgásérzékelőben, a termék számlálóban, a vonalkövető robotokban, a riasztásokban stb.
Az IR-érzékelő alapvetően egy IR-LED-ből és egy fotodiódából áll, ezt a párot általában IR-párnak vagy Photo- csatolónak hívják. Az infravörös szenzor azon a főművön dolgozik, amelyben az IR LED IR-sugárzást bocsát ki, és a fotodióda érzékeli ezt az IR-sugárzást. A fotodióda ellenállása a rá eső infravörös sugárzás mennyiségének megfelelően változik, ezért a feszültségesés is változik rajta, és a feszültség-összehasonlító (például LM358) segítségével érzékelhetjük a feszültség változását, és ennek megfelelően generálhatjuk a kimenetet.
Az IR LED és a fotodióda elhelyezése kétféle módon történhet: közvetlen és indirekt. A Direct előfordulása, IR LED és fotodióda tartják előtt egymást, úgy, hogy infravörös sugárzás közvetlenül esik fotodióda. Ha bármilyen tárgyat helyezünk közéjük, akkor az megakadályozza az IR fény fotodiódára esését.
És Közvetett Előfordulási, mind az IR LED és fotó dióda párhuzamosan vannak elhelyezve (egymás mellett), szemben mind ugyanabba az irányba. Ilyen módon, ha egy tárgyat az infrapár előtt tartunk, az infravörös fény visszaverődik az objektumon, és elnyeli a fotodióda. Ne feledje, hogy az objektumnak nem szabad feketenek lennie, mivel visszaverődés helyett elnyeli az összes IR-fényt. Az infravörös érzékelő modul általában így kerül elhelyezésre.
Az IR modul felépítéséhez elsősorban IR párra (IR LED és fotodióda) és LM358-ra van szükségünk, néhány ellenállással és egy LED-del.
IR LED
Az IR LED fényt bocsát ki, az infravörös frekvencia tartományában. Az IR fény számunkra láthatatlan, mivel hullámhossza (700 nm - 1 mm) sokkal nagyobb, mint a látható fény tartománya. Minden, ami hőt termel, infrát sugároz, mint például emberi testünk. Az infravörös ugyanolyan tulajdonságokkal rendelkezik, mint a látható fény, például fókuszálható, visszaverhető és polarizálható, mint a látható fény.
Az IR LED úgy néz ki, mint egy normál LED, és úgy is működik, mint egy normál LED, 20mA áramot és 3vots energiát fogyaszt. Az IR LED-ek kb. 20-60 fok és kb. néhány centiméterről több lábra, ez az IR adó típusától és a gyártótól függ. Néhány adó kilométeres hatótávolsággal rendelkezik.
PhotoDiode
A fotodiódát fényfüggő ellenállásnak (LDR) tekintik, ami azt jelenti, hogy fény nélkül nagyon nagy ellenállással rendelkezik, és alacsony lesz, ha a fény rá esik. A fotodióda egy félvezető, amelynek PN csatlakozása van, és amely fordított előfeszítéssel működik, azt jelenti, hogy az áramot fordított irányban kezdi el vezetni, amikor a fény rá esik, és az áram áramlási mennyisége arányos a fény mennyiségével. Ez a tulajdonság hasznosvá teszi az infravörös detektálást.
A fotodióda úgy néz ki, mint egy LED, külső oldalán fekete színű bevonattal. Fordított torzítással használják, amint az az alábbi kapcsolási rajzon látható.
LM358
Az LM358 egy operációs erősítő (Op-Amp), és ebben az áramkörben feszültség-összehasonlítóként használjuk. Az LM358 két független feszültség-komparátorral rendelkezik, amelyek egyetlen PIN-kóddal működtethetők, így az egyetlen IC-t felhasználhatjuk két IR-érzékelő modul felépítésére. Itt csak egy komparátort használtunk, amelynek bemenetei a 2-es és 3-as PIN-kódon vannak, és kimenetei az 1-es PIN-kódnál vannak. A feszültség-összehasonlító két bemenettel rendelkezik, az egyik invertáló bemenet, a másik pedig nem invertáló bemenet (az LM358-ban 2 és 3 PIN). Amikor a nem invertáló bemenet (+) feszültsége nagyobb, mint az inverteres bemenet (-) feszültsége, akkor az összehasonlító kimenete (PIN 1) magas. És ha az invertáló bemenet (-) feszültsége magasabb, mint a nem invertáló vég (+), akkor a kimenet LOW.
IR érzékelő modul
Alkatrészek
- IR pár (IR LED és fotodióda)
- IC LM358
- 100, 10 k, 330 ohmos ellenállás
- Változtatható ellenállás - 10k
- VEZETTE
Az infravörös érzékelő kapcsolási rajzán láthatja a csatlakozásokat. A fotodióda fordított előfeszítéssel van csatlakoztatva, az LM358 invertáló vége (PIN 2) a változó ellenálláshoz van csatlakoztatva az érzékelő érzékenységének beállításához. És a nem invertáló vég (PIN 3) a fotodióda és az ellenállás csatlakozásához csatlakozik.
Amikor bekapcsoljuk az áramkört, nincs fénysugárzás a fotodióda felé, és az összehasonlító kimenete alacsony. Amikor valamilyen tárgyat (nem fekete színt) veszünk az IR pár elé, akkor az IR LED által kibocsátott IR visszaverődik az objektum által, és a fotodióda elnyeli. Amikor az IR visszaverődik a fotodiódán, a fotodióda közötti feszültség csökken, és az R2 soros ellenálláson növekszik a feszültség. Amikor az R2 ellenállás feszültsége (amely a komparátor nem invertáló végéhez van csatlakoztatva) nagyobb lesz, mint az invertáló végén lévő feszültség, akkor a kimenet HIGH lesz és a LED bekapcsol.
Feszültség megfordításával végén, amely más néven küszöb feszültség, be lehet állítani elforgatásával változtatható ellenállás a gombot. Magasabb a feszültség az inverter végén (-), kevésbé érzékeny az érzékelő és a feszültség csökkentése az invertáló végén (-), annál érzékenyebb az érzékelő.
Ez az egész áramkör elhelyezhető a NYÁK-on egy megfelelő professzionális IR-érzékelő modul felépítéséhez.