Senzori su vrlo važan dio elektronike, posebno u robotici i automatizaciji. Senzori u elektroničkim uređajima olakšavaju nam život automatskim osjetom i upravljanjem uređajima, bez ljudske interakcije. Postoje mnoge vrste senzora poput senzora požara, senzora vlage, senzora pokreta, temperaturnog senzora, IR senzora itd. U ovom ćemo članku objasniti IR senzor (infracrveni senzor), kako on funkcionira i kako izraditi modul IR senzora.
IR senzor je vrlo popularan senzor koji se koristi u mnogim primjenama u elektronici, kao što se koristi u sustavu daljinskog upravljanja, detektoru pokreta, brojaču proizvoda, linijskim sljedbenicima, alarmima itd
IR senzor u osnovi se sastoji od IR LED i fotodiode, taj se par obično naziva IR par ili foto spojnica. IR senzor radi na glavnom u kojem IR LED emitira IR zračenje, a fotodioda to IR zračenje. Otpor fotodiode mijenja se u skladu s količinom infracrvenog zračenja koje pada na njega, stoga se i pad napona na njemu mijenja, a pomoću usporedbe napona (poput LM358) možemo osjetiti promjenu napona i prema tome generirati izlaz.
Postavljanje IR LED-a i fotodiode može se izvršiti na dva načina: izravno i neizravno. U izravnoj incidenciji, IR LED i fotodioda drže se jedan ispred drugog, tako da IR zračenje može izravno pasti na fotodiodu. Ako između njih postavimo bilo koji predmet, to zaustavlja pad IR svjetlosti na fotodiodu.
A u indirektnoj incidenciji, i IR LED i foto dioda smješteni su paralelno (jedna uz drugu), okrenuti obje u istom smjeru. Na taj način, kad se objekt drži ispred IR para, objekt odbija IR svjetlost i apsorbira ga fotodioda. Imajte na umu da objekt ne bi trebao biti crn jer će upijati svu IR svjetlost, umjesto da se odbija. Općenito se IR par postavlja na ovaj način u modul IR senzora.
Za izgradnju IR modula uglavnom su nam potrebni IR par (IR LED i fotodioda) i LM358 s nekim otpornicima i LED diodom.
IR LED
IR LED emitira svjetlost, u rasponu infracrvene frekvencije. IR svjetlost nam je nevidljiva jer je njezina valna duljina (700nm - 1mm) mnogo veća od raspona vidljive svjetlosti. Sve što proizvodi toplinu, emitira infracrvenu svjetlost kao na primjer naše ljudsko tijelo. Infracrvena svjetlost ima ista svojstva kao vidljiva svjetlost, jer može biti fokusirana, reflektirana i polarizirana poput vidljive svjetlosti.
IR LED izgleda poput normalne LED diode, a također djeluje poput normalne LED diode, troši struju od 20 mA i snagu od 3 glasova. IR LED imaju kut zračenja svjetlosti od cca. 20-60 stupnjeva i raspon od cca. nekoliko centimetara do nekoliko stopa, to ovisi o vrsti IR odašiljača i proizvođaču. Doseg nekih odašiljača je u kilometrima.
PhotoDiode
Fotodioda se smatra otpornikom ovisno o svjetlu (LDR), što znači da ima vrlo visok otpor u nedostatku svjetlosti i postaje slab kad svjetlost padne na njega. Fotodioda je poluvodič koji ima PN spoj, radi u obrnutom prednaponu, što znači da počinje provoditi struju u obrnutom smjeru kad na nju padne Svjetlost, a količina protoka struje proporcionalna je količini Svjetlosti. Ovo ga svojstvo čini korisnim za IR otkrivanje.
Fotodioda izgleda poput LED-a, a na vanjskoj strani ima premaz crne boje. Koristi se u obrnutoj pristranosti, kao što je prikazano na donjem dijagramskom dijagramu.
LM358
LM358 je operativno pojačalo (Op-Amp) i u ovom ga krugu koristimo kao usporednik napona. LM358 ima dvije neovisne usporednice napona, koje se mogu napajati jednim PIN-om, tako da možemo koristiti jedan IC za izradu dva modula IR senzora. Ovdje smo upotrijebili samo jednu usporednicu koja ima ulaze na PIN 2 i 3, a izlaz na PIN 1. Komparator napona ima dva ulaza, jedan je invertujući ulaz, a drugi neinvertirajući ulaz (PIN 2 i 3 u LM358). Kad je napon na neinvertirajućem ulazu (+) veći od napona na invertirajućem ulazu (-), tada je izlaz komparatora (PIN 1) visok. A ako je napon invertirajućih ulaza (-) veći od neinvertiranog kraja (+), tada je izlaz NISAK.
Modul IR senzora
Komponente
- IR par (IR LED i fotodioda)
- IC LM358
- Otpornik 100, 10k, 330 ohma
- Promjenjivi otpor - 10k
- LED
Priključke možete vidjeti na shemi kruga IR senzora. Foto dioda je spojena u obrnutom smjeru, obrnuti kraj LM358 (PIN 2) spojen je na promjenjivi otpornik, radi podešavanja osjetljivosti senzora. A neinvertirajući kraj (PIN 3) povezan je na spoj fotodiode i otpornika.
Kad UKLJUČIMO krug, nema IR zračenja prema fotodiodi i izlaz komparatora je NISAK. Kada uzmemo neki objekt (ne crni) ispred IR para, tada IR koji emitira IR LED objekt odražava i apsorbira ga fotodioda. Sada kada se reflektira IR pada na fotodiodu, napon na fotodiodi pada, a napon na serijskom otporniku R2 raste. Kada napon na otporniku R2 (koji je povezan s neinvertirajućim krajem komparatora) postane veći od napona na invertirajućem kraju, tada izlaz postaje VISOK i LED se uključuje.
Napon na obrnutom kraju, koji se naziva i prag napona, može se postaviti okretanjem gumba promjenjivog otpora. Veći napon na obrnutom kraju (-), manje osjetljiv senzor i Smanjite napon na obrnutom kraju (-), osjetljiviji senzor.
Cijeli se ovaj krug može staviti na PCB za izgradnju odgovarajućeg profesionalnog modula IR senzora.