Sensorer är en mycket viktig del av elektroniken, särskilt inom robotik och automation. Sensorer i elektroniska enheter gör vårt liv enkelt genom att automatiskt känna av och styra enheterna utan mänsklig interaktion. Det finns många sorters sensorer som brandsensor, fuktighetssensor, rörelsesensor, temperatursensor, IR-sensor etc. I den här artikeln kommer vi att förklara om IR-sensor (infraröd sensor), hur den fungerar och hur man bygger en IR-sensormodul.
IR-sensor är mycket populär sensor, som används i många applikationer inom elektronik, som den används i fjärrkontrollsystem, rörelsedetektor, produkträknare, linjeföljande robotar, larm etc.
IR-sensorn består i grunden av en IR-LED och en fotodiod, detta par kallas vanligtvis IR-par eller fotokopplare. IR-sensorn fungerar på principen där IR-LED avger IR-strålning och fotodiod känner av att IR-strålning. Fotodiodmotstånd ändras beroende på mängden IR-strålning som faller på den, varför spänningsfallet över den ändras också och genom att använda spänningskomparatorn (som LM358) kan vi känna av spänningsförändringen och generera uteffekten därefter.
Placeringen av IR-LED och fotodiod kan göras på två sätt: direkt och indirekt. Vid direkt förekomst hålls IR-LED och fotodiod framför varandra så att IR-strålning direkt kan falla på fotodioden. Om vi placerar något föremål mellan dem, stoppar det fallet av IR-ljus på fotodioden.
Och i indirekt förekomst är både IR-lysdioden och fotodioden placerade parallellt (sida vid sida), vända mot båda i samma riktning. På det sättet, när ett objekt hålls framför IR-paret, reflekteras IR-ljuset av objektet och absorberas av fotodioden. Observera att objektet inte ska vara svart eftersom det absorberar allt IR-ljus istället för att reflektera. Generellt placeras IR-par på detta sätt i IR-sensormodulen.
För att bygga en IR-modul behöver vi främst IR-par (IR LED och fotodiod) och LM358 med några motstånd och en LED.
IR-LED
IR-LED avger ljus inom området för infraröd frekvens. IR-ljus är osynligt för oss eftersom dess våglängd (700 nm - 1 mm) är mycket högre än det synliga ljusområdet. Allt som producerar värme avger infraröd som till exempel vår människokropp. Infraröd har samma egenskaper som synligt ljus, som att det kan fokuseras, reflekteras och polariseras som synligt ljus.
IR-lysdioden ser ut som en vanlig lysdiod och fungerar också som en vanlig lysdiod, den förbrukar 20mA ström och 3vots ström. IR-lysdioder har en ljusavgivande vinkel på ca. 20-60 grader och räckvidd på ca. några centimeter till flera fot beror det på typen av IR-sändare och tillverkaren. Vissa sändare har räckvidden i kilometer.
PhotoDiode
Fotodiod betraktas som ljusberoende motstånd (LDR), vilket betyder att den har mycket högt motstånd i frånvaro av ljus och blir låg när ljus faller på den. Fotodiod är en halvledare som har en PN-korsning, som drivs i omvänd förspänning, vilket innebär att den börjar leda strömmen i omvänd riktning när ljuset faller på den och strömmen är proportionell mot mängden ljus. Den här egenskapen gör den användbar för IR-detektering.
Fotodiod ser ut som en lysdiod med en svart färgbeläggning på utsidan. Den används i omvänd förspänning, som visas i kretsschemat nedan.
LM358
LM358 är en operationsförstärkare (Op-Amp) och i denna krets använder vi den som en spänningsjämförare. LM358 har två oberoende spänningskomparatorer inuti, som kan drivas med en enda PIN-kod, så vi kan använda den enskilda IC för att bygga två IR-sensormoduler. Vi har endast använt en komparator här, som har ingångar vid PIN 2 & 3 och utgång vid PIN 1. Spänningskomparator har två ingångar, en är inverterande ingång och andra är icke-inverterande ingång (PIN 2 och 3 i LM358). När spänningen vid icke-inverterande ingång (+) är högre än spänningen vid inverterande ingång (-), är utgången från komparatorn (PIN 1) hög. Och om spänningen för inverterande ingång (-) är högre än icke-inverterande ände (+), så är utgången LÅG.
IR-sensormodul
Komponenter
- IR-par (IR-LED och fotodiod)
- IC LM358
- Motstånd 100, 10k, 330 ohm
- Variabelt motstånd - 10k
- LED
Du kan se anslutningarna i IR-sensorns kretsschema. Fotodioden är ansluten i omvänd förspänning, den inverterande änden av LM358 (PIN 2) är ansluten till det variabla motståndet, för att justera sensorns känslighet. Och en icke-inverterande ände (PIN 3) är ansluten till fotodiodens och ett motstånds övergång.
När vi slår PÅ kretsen finns ingen IR-strålning mot fotodioden och utgången från komparatorn är LÅG. När vi tar något föremål (inte svart) framför IR-paret, reflekteras IR som sänds av IR-LED av objektet och absorberas av fotodioden. När IR reflekteras på fotodiod sjunker spänningen över fotodioden och spänningen över seriemotståndet R2 ökar. När spänningen vid motstånd R2 (som är ansluten till den icke-inverterande änden av komparatorn) blir högre än spänningen vid den inverterande änden, blir utgången HÖG och lysdioden tänds.
Spänning vid inverterande ände, som också kallas tröskelspänning, kan ställas in genom att vrida det variabla motståndets ratt. Högre spänning vid inverterande ände (-), mindre känslig sensorn och sänka spänningen vid inverterande ände (-), känsligare sensorn.
Hela kretsen kan placeras på kretskortet för att bygga en riktig professionell IR-sensormodul.