Sensorer er meget vigtig i elektronikken, især inden for robotteknologi og automatisering. Sensorer i elektroniske enheder gør vores liv let ved automatisk at registrere og kontrollere enhederne uden menneskelig interaktion. Der er mange slags sensorer som brandsensor, fugtighedsføler, bevægelsessensor, temperatursensor, IR-sensor osv. I denne artikel vil vi forklare om IR-sensor (infrarød sensor), hvordan den fungerer, og hvordan man bygger et IR-sensormodul.
IR-sensor er meget populær sensor, som bruges i mange applikationer inden for elektronik, ligesom den bruges i fjernbetjeningssystem, bevægelsesdetektor, produkttæller, linjefølgerrobotter, alarmer osv.
IR-sensor består grundlæggende af en IR-LED og en fotodiode, dette par kaldes generelt IR-par eller fotokobler. IR-sensor fungerer på det princip, hvor IR LED udsender IR-stråling og fotodiode fornemmer, at IR-stråling. Fotodiodemodstand ændres i henhold til mængden af IR-stråling, der falder på den, derfor spændingsfaldet over den ændres også, og ved at bruge spændingskomparatoren (som LM358) kan vi mærke spændingsændringen og generere output i overensstemmelse hermed.
Placeringen af IR LED og fotodiode kan udføres på to måder: Direkte og indirekte. I direkte forekomst holdes IR LED og fotodiode foran hinanden, så IR-stråling direkte kan falde på fotodioden. Hvis vi placerer et objekt imellem dem, stopper det faldet i IR-lys på fotodiode.
Og i indirekte forekomst placeres både IR-LED og fotodiode parallelt (side om side) og vender begge i samme retning. På den måde, når et objekt holdes foran IR-parret, reflekteres IR-lyset af objektet og absorberes af fotodiode. Bemærk, at objektet ikke skal være sort, da det absorberer alt IR-lys i stedet for at reflektere. Generelt placeres IR-par på denne måde i IR-sensormodul.
For at opbygge et IR-modul har vi hovedsagelig brug for IR-par (IR LED og fotodiode) og LM358 med nogle modstande og en LED.
IR LED
IR-LED udsender lys inden for området infrarød frekvens. IR-lys er usynligt for os, da dets bølgelængde (700 nm - 1 mm) er meget højere end det synlige lysområde. Alt, der producerer varme, udsender infrarød som f.eks. Vores menneskelige krop. Infrarød har de samme egenskaber som synligt lys, som det kan fokuseres, reflekteres og polariseres som synligt lys.
IR-LED ligner en normal LED og fungerer også som en normal LED, den bruger 20 mA strøm og 3vots strøm. IR-lysdioder har en lysemitterende vinkel på ca. 20-60 grader og rækkevidde på ca. få centimeter til flere fødder afhænger det af typen af IR-sender og producenten. Nogle sendere har rækkevidden i kilometer.
PhotoDiode
Fotodiode betragtes som lysafhængig modstand (LDR), hvilket betyder, at den har meget høj modstand i fravær af lys og bliver lav, når lyset falder på det. Fotodiode er en halvleder, der har en PN-forbindelse, der drives i omvendt forspænding, hvilket betyder, at den begynder at lede strømmen i omvendt retning, når lyset falder på det, og mængden af strømflow er proportional med mængden af lys. Denne egenskab gør den nyttig til IR-detektion.
Fotodiode ligner en LED med en sort farvebelægning på ydersiden. Det bruges i omvendt forspændt, som vist i kredsløbsdiagrammet nedenfor.
LM358
LM358 er en operationel forstærker (Op-Amp), og i dette kredsløb bruger vi den som en spændingskomparator. LM358 har to uafhængige spændingskomparatorer indeni, som kan drives af en enkelt PIN-kode, så vi kan bruge den enkelte IC til at bygge to IR-sensormoduler. Vi har kun brugt en komparator her, som har indgange ved PIN 2 & 3 og output ved PIN 1. Spændingskomparator har to indgange, den ene er inverterende input og den anden er ikke-inverterende input (PIN 2 og 3 i LM358). Når spændingen ved ikke-inverterende indgang (+) er højere end spændingen ved inverterende indgang (-), er output fra komparator (PIN 1) høj. Og hvis spændingen i inverterende input (-) er højere end ikke-inverterende ende (+), så er output LAV.
IR-sensormodul
Komponenter
- IR-par (IR-LED og fotodiode)
- IC LM358
- Modstand 100, 10k, 330 ohm
- Variabel modstand - 10k
- LED
Du kan se forbindelserne i IR-sensorens kredsløbsdiagram. Fotodiode er forbundet i omvendt bias, inverterende ende af LM358 (PIN 2) er forbundet til den variable modstand for at justere følsomheden af sensoren. Og en ikke-inverterende ende (PIN 3) er forbundet til krydset mellem fotodiode og en modstand.
Når vi tænder kredsløbet, er der ingen IR-stråling mod fotodiode, og output fra komparatoren er LAV. Når vi tager noget objekt (ikke sort) foran IR-parret, reflekteres IR, der udsendes af IR-LED, af objektet og absorberes af fotodioden. Når IR reflekteres på fotodiode, falder spændingen over fotodioden, og spændingen over seriemodstand R2 stiger. Når spændingen ved modstand R2 (som er forbundet til den ikke-inverterende ende af komparatoren) bliver højere end spændingen i den inverterende ende, så bliver udgangen HØJ, og LED tændes.
Spænding i inverterende ende, som også kaldes tærskelspænding, kan indstilles ved at dreje den variable modstands knap. Højere spænding ved inverterende ende (-), mindre følsom sensor og Sænk spændingen ved inverterende ende (-), mere følsom sensor.
Hele dette kredsløb kan placeres på PCB for at opbygge et ordentligt professionelt IR-sensormodul.