Οι αισθητήρες είναι πολύ σημαντικό μέρος της ηλεκτρονικής, ειδικά στη Ρομποτική και τους Αυτοματισμούς. Οι αισθητήρες σε ηλεκτρονικές συσκευές κάνουν τη ζωή μας εύκολη με αυτόματη ανίχνευση και έλεγχο των συσκευών, χωρίς ανθρώπινη αλληλεπίδραση. Υπάρχουν πολλά είδη αισθητήρων όπως αισθητήρας πυρκαγιάς, αισθητήρας υγρασίας, αισθητήρας κίνησης, αισθητήρας θερμοκρασίας, αισθητήρας υπερύθρων κ.λπ. Σε αυτό το άρθρο, θα εξηγήσουμε σχετικά με τον αισθητήρα υπερύθρων (αισθητήρας υπερύθρων), τον τρόπο λειτουργίας και τον τρόπο δημιουργίας μιας μονάδας αισθητήρα υπερύθρων.
Ο αισθητήρας υπερύθρων είναι πολύ δημοφιλής αισθητήρας, ο οποίος χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές στα ηλεκτρονικά, όπως χρησιμοποιείται σε σύστημα τηλεχειρισμού, ανιχνευτής κίνησης, μετρητής προϊόντων, ρομπότ ακόλουθων γραμμών, συναγερμοί κ.λπ.
Ο αισθητήρας υπερύθρων αποτελείται βασικά από ένα IR LED και μια φωτοδίοδο, αυτό το ζεύγος ονομάζεται συνήθως ζεύγος IR ή ζεύκτης φωτογραφιών. Ο αισθητήρας υπερύθρων λειτουργεί στην κύρια μονάδα στην οποία το IR LED εκπέμπει ακτινοβολία υπερύθρων και η φωτοδίοδος αίσθηση ότι η ακτινοβολία υπερύθρων. Η αντίσταση των φωτοδιόδων αλλάζει ανάλογα με την ποσότητα της υπεριώδους ακτινοβολίας που πέφτει πάνω της, επομένως αλλάζει επίσης η πτώση της τάσης και χρησιμοποιώντας το συγκριτικό τάσης (όπως το LM358) μπορούμε να αισθανθούμε την αλλαγή τάσης και να παράγουμε την έξοδο ανάλογα.
Η τοποθέτηση IR LED και Photodiode μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: Άμεση και Έμμεση. Σε άμεση συχνότητα, τα IR LED και η φωτοδίοδος διατηρούνται το ένα μπροστά στο άλλο, έτσι ώστε η ακτινοβολία IR να πέφτει απευθείας στη φωτοδίοδο. Εάν τοποθετήσουμε κάποιο αντικείμενο μεταξύ τους, τότε σταματάει η πτώση του φωτός IR στη φωτοδίοδο.
Και στην Έμμεση επίπτωση, τόσο το IR LED όσο και η Φωτοδίοδος τοποθετούνται παράλληλα (δίπλα-δίπλα), στραμμένα προς τα δύο και προς την ίδια κατεύθυνση. Με αυτόν τον τρόπο, όταν ένα αντικείμενο διατηρείται μπροστά από το ζεύγος υπερύθρων, το φως IR αντανακλάται από το αντικείμενο και απορροφάται από τη φωτοδίοδο. Σημειώστε ότι το αντικείμενο δεν πρέπει να είναι μαύρο καθώς θα απορροφά όλο το φως IR, αντί να αντανακλά. Γενικά το ζεύγος IR τοποθετείται με αυτόν τον τρόπο στη μονάδα αισθητήρα IR.
Για να δημιουργήσουμε μια μονάδα IR, χρειαζόμαστε κυρίως ζεύγος IR (IR LED και Photodiode) και LM358 με μερικές αντιστάσεις και ένα LED.
LED IR
Το IR LED εκπέμπει φως, στο εύρος της υπέρυθρης συχνότητας. Το φως IR είναι αόρατο σε εμάς καθώς το μήκος κύματος του (700nm - 1mm) είναι πολύ υψηλότερο από το εύρος ορατού φωτός. Ό, τι παράγει θερμότητα, εκπέμπει υπέρυθρες όπως για παράδειγμα το ανθρώπινο σώμα μας. Οι υπέρυθρες έχουν τις ίδιες ιδιότητες με το ορατό φως, όπως μπορεί να εστιάζεται, να ανακλάται και να πολώνεται όπως το ορατό φως.
Το IR LED μοιάζει με ένα κανονικό LED και λειτουργεί επίσης σαν ένα κανονικό LED, καταναλώνει ρεύμα 20mA και ισχύ 3Vots. Τα LED LED έχουν γωνία εκπομπής φωτός περίπου. 20-60 βαθμός και εύρος περίπου. λίγα εκατοστά έως αρκετά πόδια, εξαρτάται από τον τύπο του πομπού IR και τον κατασκευαστή. Ορισμένοι πομποί έχουν εύρος σε χιλιόμετρα.
Φωτοδίοδος
Η φωτοδίοδος θεωρείται ως Αντίσταση που εξαρτάται από το φως (LDR), σημαίνει ότι έχει πολύ υψηλή αντίσταση απουσία φωτός και γίνεται χαμηλή όταν το φως πέφτει πάνω του Η φωτοδίοδος είναι ένας ημιαγωγός που έχει διασταύρωση PN, που λειτουργεί σε Reverse Bias, σημαίνει ότι ξεκινά να διεξάγει το ρεύμα σε αντίστροφη κατεύθυνση όταν το φως πέφτει πάνω του και η ποσότητα της ροής ρεύματος είναι ανάλογη με την ποσότητα φωτός. Αυτή η ιδιότητα το καθιστά χρήσιμο για την ανίχνευση υπερύθρων.
Η φωτοδίοδος μοιάζει με LED, με εξωτερική επένδυση σε μαύρο χρώμα στην εξωτερική πλευρά της. Χρησιμοποιείται σε αντίστροφη μεροληψία, όπως φαίνεται στο διάγραμμα κυκλώματος παρακάτω.
LM358
Το LM358 είναι ένας λειτουργικός ενισχυτής (Op-Amp) και σε αυτό το κύκλωμα το χρησιμοποιούμε ως συγκριτικό τάσης. Το LM358 έχει δύο ανεξάρτητους συγκριτές τάσης μέσα του, οι οποίοι μπορούν να τροφοδοτηθούν με ένα μόνο PIN, οπότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το ενιαίο IC για τη δημιουργία δύο μονάδων αισθητήρων IR Έχουμε χρησιμοποιήσει μόνο ένα συγκριτικό εδώ, το οποίο έχει εισόδους στο PIN 2 & 3 και έξοδο στο PIN 1. Το συγκριτικό τάσης έχει δύο εισόδους, μία είναι είσοδος αντιστροφής και δεύτερη είναι είσοδος χωρίς αντιστροφή (PIN 2 και 3 στο LM358). Όταν η τάση στην είσοδο μη αναστροφής (+) είναι υψηλότερη από την τάση στην είσοδο αναστροφής (-), τότε η έξοδος του συγκριτή (PIN 1) είναι υψηλή. Και αν η τάση της εισόδου αναστροφής (-) είναι υψηλότερη από την άκρη αντιστροφής (+), τότε η έξοδος είναι χαμηλή.
Μονάδα αισθητήρα IR
Συστατικά
- Ζεύγος υπερύθρων (IR LED και φωτοδίοδος)
- IC LM358
- Αντίσταση 100, 10k, 330 ohm
- Μεταβλητή αντίσταση - 10k
- LED
Μπορείτε να δείτε τις συνδέσεις στο διάγραμμα κυκλώματος αισθητήρα IR. Η δίοδος φωτογραφίας συνδέεται με αντίστροφη μεροληψία, το αντίστροφο άκρο του LM358 (PIN 2) συνδέεται με τη μεταβλητή αντίσταση, για να ρυθμίσει την ευαισθησία του αισθητήρα. Και το μη αναστρέψιμο άκρο (PIN 3) συνδέεται με τη σύνδεση της φωτοδιόδου και μιας αντίστασης.
Όταν ανάβουμε το κύκλωμα δεν υπάρχει ακτινοβολία υπερύθρων προς τη φωτοδίοδο και η έξοδος του συγκριτή είναι χαμηλή. Όταν παίρνουμε κάποιο αντικείμενο (όχι μαύρο) μπροστά από το ζεύγος IR, τότε το IR που εκπέμπεται από το IR LED αντανακλάται από το αντικείμενο και απορροφάται από τη φωτοδίοδο. Τώρα, όταν αντανακλάται το IR πέφτει στη φωτοδίοδο, η τάση σε όλη τη φωτοδίοδο μειώνεται και η τάση στην αντίσταση σειράς R2 αυξάνεται. Όταν η τάση στο Resistor R2 (η οποία είναι συνδεδεμένη στο μη αναστρέψιμο άκρο του συγκριτή) αυξάνεται από την τάση στο αντίστροφο άκρο, τότε η έξοδος γίνεται HIGH και η LED ανάβει.
Η τάση στο αντίστροφο άκρο, που ονομάζεται επίσης κατώτατο όριο, μπορεί να ρυθμιστεί περιστρέφοντας το κουμπί μεταβλητής αντίστασης. Όσο υψηλότερη είναι η τάση στο άκρο αντιστροφής (-), λιγότερο ευαίσθητη στον αισθητήρα και χαμηλότερη η τάση στο άκρο αναστροφής (-), τόσο πιο ευαίσθητη είναι ο αισθητήρας.
Όλο αυτό το κύκλωμα μπορεί να τοποθετηθεί στο PCB για να δημιουργήσει μια κατάλληλη επαγγελματική μονάδα αισθητήρα IR.