Sensori ir ļoti svarīga elektronikas sastāvdaļa, it īpaši robotikas un automatizācijas jomā. Elektronisko ierīču sensori atvieglo mūsu dzīvi, automātiski uztverot un kontrolējot ierīces bez cilvēku mijiedarbības. Ir daudz veidu sensoru, piemēram, uguns sensors, mitruma sensors, kustības sensors, temperatūras sensors, IR sensors utt. Šajā rakstā mēs paskaidrosim par IR sensoru (infrasarkano staru sensoru), kā tas darbojas un kā izveidot IR sensora moduli.
IR sensors ir ļoti populārs sensors, ko izmanto daudzās elektronikas lietojumprogrammās, piemēram, tālvadības sistēmā, kustības detektorā, produktu skaitītājā, līnijas sekotāju robotos, trauksmes signālos utt.
IR sensors galvenokārt sastāv no IR gaismas diodes un fotodiodes, šo pāri parasti sauc par IR pāri vai Photo coupler. IR sensors darbojas ar galveno, kurā IR LED izstaro infrasarkano starojumu, un fotodiods to uztver. Fotodiodes pretestība mainās atkarībā no uz to krītošā IR starojuma daudzuma, līdz ar to mainās arī sprieguma kritums tajā, un, izmantojot sprieguma salīdzinātāju (piemēram, LM358), mēs varam nojaust sprieguma izmaiņas un attiecīgi ģenerēt izeju.
IR LED un fotodiodes izvietošanu var veikt divējādi: tiešā un netiešajā. Jo tieši ietekmē, IR LED un fotodiode tur priekšā viens otru, lai IR starojums var tieši iekrīt fotodiode. Ja starp tiem ievietojam kādu priekšmetu, tas apstādina IR gaismas krišanu uz fotodiodes.
Un Indirect saslimstība, gan IR LED un foto diode ir novietoti paralēli (blakus), saskaras gan tajā pašā virzienā. Tādā veidā, kad objekts tiek turēts IR pāra priekšā, objekta infrasarkano gaismu atstaro un absorbē fotodiods. Ņemiet vērā, ka objektam nevajadzētu būt melnam, jo tas absorbē visu IR gaismu, nevis atstaro. IR pāris šādā veidā tiek ievietots IR sensoru modulī.
Lai izveidotu IR moduli, mums galvenokārt ir nepieciešams IR pāris (IR LED un Photodiode) un LM358 ar dažiem rezistoriem un LED.
IR gaismas diode
IR LED izstaro gaismu infrasarkanās frekvences diapazonā. IR gaisma mums nav redzama, jo tās viļņa garums (700 nm - 1 mm) ir daudz lielāks nekā redzamās gaismas diapazons. Viss, kas ražo siltumu, izstaro infrasarkano staru, piemēram, mūsu cilvēka ķermenis. Infrasarkanajam ir tādas pašas īpašības kā redzamajai gaismai, piemēram, to var fokusēt, atstarot un polarizēt kā redzamo gaismu.
IR gaismas diode izskatās kā parasta LED un darbojas arī kā parasta LED, tā patērē 20mA strāvu un 3vots enerģiju. IR gaismas diodēm gaismas izstarošanas leņķis ir apm. 20-60 grādi un diapazons apm. no dažiem centimetriem līdz vairākām kājām, tas ir atkarīgs no IR raidītāja veida un ražotāja. Dažu raidītāju darbības rādiuss ir kilometros.
PhotoDiode
Fotodiods tiek uzskatīts par gaismas atkarīgu rezistoru (LDR), tas nozīmē, ka tam ir ļoti augsta pretestība bez gaismas un tas kļūst mazs, kad gaisma tam nokrīt. Fotodiods ir pusvadītājs, kuram ir PN savienojums, kas darbojas apgrieztā slīpumā, kas nozīmē, ka tas sāk vadīt strāvu pretējā virzienā, kad gaisma uz to nokrīt, un strāvas plūsmas daudzums ir proporcionāls gaismas daudzumam. Šis īpašums padara to noderīgu IR noteikšanai.
Fotodiods izskatās kā gaismas diode, kuras ārējā pusē ir melnas krāsas pārklājums. To lieto otrādi, neobjektīvi, kā parādīts zemāk esošajā shēmā.
LM358
LM358 ir operatīvs pastiprinātājs (Op-Amp), un šajā ķēdē mēs to izmantojam kā sprieguma salīdzinātāju. LM358 iekšpusē ir divi neatkarīgi sprieguma salīdzinātāji, kurus var darbināt ar vienu PIN, tāpēc mēs varam izmantot vienu IC, lai izveidotu divus IR sensoru moduļus. Mēs šeit izmantojām tikai vienu salīdzinātāju, kam ir ieejas pie PIN 2 un 3 un izeja pie PIN 1. Sprieguma salīdzinātājam ir divas ieejas, viena ir invertējošā ieeja, bet otra ir neinvertējošā ieeja (LM358 PIN 2 un 3). Kad spriegums pie neinvertējošās ieejas (+) ir lielāks par spriegumu pie invertējošās ieejas (-), tad salīdzinātāja izeja (PIN 1) ir augsta. Un, ja invertējošās ieejas spriegums (-) ir lielāks nekā gals, kas nav apgriezts (+), tad izeja ir ZEMA.
IR sensora modulis
Komponenti
- IR pāris (IR LED un fotodiods)
- IC LM358
- Rezistors 100, 10k, 330 omi
- Maināms rezistors - 10k
- LED
Savienojumus var redzēt IS sensoru shēmā. Foto diode ir pievienota pretēji, LM358 apgrieztais gals (PIN 2) ir pievienots mainīgajam rezistoram, lai pielāgotu sensora jutīgumu. Un neinvertējošais gals (PIN 3) ir savienots ar fotodiodes un rezistora krustojumu.
Kad ieslēdzam ķēdi, pret fotodiodu nav IR starojuma, un salīdzinātāja izeja ir Zema. Kad mēs paņemam kādu objektu (nevis melnu) IR pāra priekšā, tad IR LED izstaroto IR atstaro objekts un absorbē fotodiods. Tagad, kad fotodiodē atspoguļojas IR kritiens, fotodiodes spriegums samazinās, un sērijveida rezistora R2 spriegums palielinās. Kad rezistora R2 spriegums (kas ir savienots ar komparatora neinvertējošo galu) kļūst lielāks par spriegumu invertēšanas galā, tad izeja kļūst AUGSTA un LED ieslēdzas.
Spriegumu apgrieztā galā, ko sauc arī par sliekšņa spriegumu, var iestatīt, pagriežot mainīgā rezistora pogu. Augstāks spriegums invertēšanas galā (-), sensora jutīgums ir mazāks un apgrieztā sprieguma apgriešanās gala (-) līmenis, jutīgāks sensors.
Visu šo shēmu var ievietot PCB, lai izveidotu atbilstošu profesionālu IR sensoru moduli.