Датчики є дуже важливою частиною електроніки, особливо в робототехніці та автоматиці. Датчики в електронних пристроях полегшують наше життя, автоматично визначаючи та керуючи пристроями, без взаємодії людини. Існує багато різновидів датчиків, таких як датчик пожежі, датчик вологості, датчик руху, датчик температури, ІЧ-датчик тощо. У цій статті ми розповімо про ІЧ-датчик (інфрачервоний датчик), як він працює та як створити модуль ІЧ-датчика.
ІЧ-датчик є дуже популярним датчиком, який використовується в багатьох додатках в електроніці, як він використовується в системі дистанційного керування, детекторі руху, лічильнику продуктів, роботах-послідовниках, сигналізаціях тощо
ІЧ-датчик в основному складається з ІЧ-світлодіода та фотодіода, ця пара зазвичай називається ІЧ-парою або фотосполучником. ІЧ-датчик працює на основному, в якому ІЧ-світлодіод випромінює ІЧ-випромінювання, а фотодіод відчуває, що ІЧ-випромінювання. Опір фотодіоду змінюється залежно від кількості ІЧ-випромінювання, що падає на нього, отже, падіння напруги на ньому також змінюється, і за допомогою компаратора напруги (як LM358) ми можемо відчути зміну напруги і відповідно генерувати вихід.
Розміщення ІЧ-світлодіодів та фотодіодів може здійснюватися двома способами: прямим та непрямим. При прямому падінні інфрачервоний світлодіод і фотодіод тримаються один перед одним, так що ІЧ-випромінювання може потрапляти безпосередньо на фотодіод. Якщо ми розмістимо між ними будь-який предмет, то це зупинить падіння ІЧ-світла на фотодіод.
А при опосередкованому випадковому стані і інфрачервоний світлодіод, і фотодіод розміщені паралельно (поруч), повернувши обидва в одному напрямку. Таким чином, коли об’єкт тримається перед ІЧ-парою, ІЧ-світло відбивається об’єктом і поглинається фотодіодом. Зверніть увагу, що об’єкт не повинен бути чорним, оскільки він буде поглинати все ІЧ-світло, а не відображати. Зазвичай ІЧ-пара розміщується таким чином у модулі ІЧ-датчика.
Для побудови ІЧ-модуля нам в основному потрібна ІЧ-пара (ІЧ-світлодіод та фотодіод) та LM358 з деякими резисторами та світлодіодом.
ІЧ-світлодіод
ІЧ-світлодіод випромінює світло в діапазоні інфрачервоної частоти. ІЧ-світло для нас невидиме, оскільки його довжина хвилі (700 нм - 1 мм) набагато перевищує діапазон видимого світла. Все, що виробляє тепло, випромінює інфрачервоне світло, як, наприклад, наше людське тіло. Інфрачервоне світло має ті самі властивості, що і видиме світло, як воно може бути сфокусованим, відбитим і поляризованим, як видиме світло.
ІЧ-світлодіод виглядає як звичайний світлодіод, а також працює як звичайний світлодіод, він споживає струм 20 мА та потужність 3 вота. ІЧ-світлодіоди мають кут випромінювання світла приблизно 20-60 градусів і діапазон прибл. від декількох сантиметрів до декількох футів, це залежить від типу ІЧ-передавача та виробника. Діапазон передавачів у деяких кілометрах.
PhotoDiode
Фотодіод розглядається як світлозалежний резистор (LDR), означає, що він має дуже високий опір за відсутності світла і стає низьким, коли на нього падає світло. Фотодіод - це напівпровідник, який має PN-перехід, що працює в режимі зворотного зміщення, означає, що він починає проводити струм у зворотному напрямку, коли на нього падає Світло, і величина потоку струму пропорційна кількості Світла. Ця властивість робить його корисним для ІЧ-виявлення.
Фотодіод виглядає як світлодіод, на зовнішній стороні якого покрито чорним кольором. Він використовується в зворотному зміщенні, як показано на схемі нижче.
LM358
LM358 є операційним підсилювачем (Op-Amp), і в цій схемі ми використовуємо його як компаратор напруги. LM358 має два незалежні компаратори напруги всередині, які можуть живитися від одного PIN-коду, тому ми можемо використовувати єдину ІС для побудови двох ІЧ-модулів датчика. Ми використовували тут лише один компаратор, який має входи на PIN 2 і 3 і вихід на PIN 1. Компаратор напруги має два входи, один - інвертуючий вхід, а другий - неінвертуючий вхід (PIN 2 і 3 в LM358). Коли напруга на неінвертуючому вході (+) перевищує напругу на інвертуючому вході (-), тоді вихід компаратора (PIN 1) є високим. І якщо напруга інвертуючого входу (-) вище, ніж неінвертуючий кінець (+), тоді вихідний сигнал НИЗКИЙ.
Модуль ІЧ-датчика
Компоненти
- ІЧ-пара (ІЧ-світлодіод і фотодіод)
- ІС LM358
- Резистор 100, 10к, 330 Ом
- Змінний резистор - 10к
- СВІТЛОДІОДНИЙ
Ви можете побачити підключення на схемі інфрачервоного датчика. Фотодіод підключений із зворотним зміщенням, інвертуючий кінець LM358 (PIN 2) підключений до змінного резистора для регулювання чутливості датчика. А неінвертуючий кінець (PIN 3) підключений до місця з'єднання фотодіода і резистора.
Коли ми вмикаємо ланцюг, ІЧ-випромінювання по відношенню до фотодіоду відсутнє, і вихід компаратора НИЗКИЙ. Коли ми беремо якийсь предмет (не чорний) перед ІЧ-парою, тоді ІЧ-сигнал, випромінюваний ІЧ-світлодіодом, відбивається об’єктом і поглинається фотодіодом. Тепер, коли відбивається ІЧ-падіння на фотодіоді, напруга на фотодіоді падає, а напруга на послідовному резисторі R2 зростає. Коли напруга на резисторі R2 (який підключений до неінвертуючого кінця компаратора) стає вищим, ніж напруга на інвертуючому кінці, тоді вихід стає ВИСОКИМ, а світлодіод включається.
Напруга на інвертуючому кінці, яка також називається пороговою напругою, може бути встановлена обертанням ручки змінного резистора. Вища напруга на інвертуючому кінці (-), менш чутливий датчик і Нижча напруга на інвертуючому кінці (-), більш чутливий сенсор.
Цю всю схему можна розмістити на друкованій платі для створення належного професійного модуля ІЧ-датчика.