Датчики - очень важная часть электроники, особенно в робототехнике и автоматике. Датчики в электронных устройствах упрощают нашу жизнь, автоматически обнаруживая устройства и управляя ими без вмешательства человека. Существует много видов датчиков, таких как датчик пожара, датчик влажности, датчик движения, датчик температуры, ИК-датчик и т. Д. В этой статье мы расскажем об ИК-датчике (инфракрасном датчике), как он работает и как построить модуль ИК-датчика.
ИК-датчик - очень популярный датчик, который используется во многих приложениях в электронике, например, в системах дистанционного управления, детекторах движения, счетчиках продуктов, роботах-следователях линии, сигнализации и т. Д.
ИК-датчик в основном состоит из ИК-светодиода и фотодиода, эта пара обычно называется ИК-парой или фотоэлементом. ИК-датчик работает по принципу, по которому ИК-светодиод излучает ИК-излучение, а фотодиод воспринимает это ИК-излучение. Сопротивление фотодиода изменяется в зависимости от количества падающего на него ИК-излучения, следовательно, падение напряжения на нем также изменяется, и, используя компаратор напряжения (например, LM358), мы можем определить изменение напряжения и соответственно сгенерировать выходной сигнал.
Размещение ИК-светодиода и фотодиода может быть выполнено двумя способами: прямым и косвенным. При прямом падении ИК-светодиод и фотодиод располагаются друг напротив друга, так что ИК-излучение может напрямую попадать на фотодиод. Если мы поместим между ними какой-либо объект, то он прекратит попадание инфракрасного света на фотодиод.
А при непрямом падении и ИК-светодиод, и фотодиод размещаются параллельно (бок о бок) и смотрят в одном направлении. Таким образом, когда объект находится перед парой инфракрасных лучей, инфракрасный свет отражается от объекта и поглощается фотодиодом. Обратите внимание, что объект не должен быть черным, так как он будет поглощать весь ИК-свет, а не отражаться. Обычно ИК-пара размещается в модуле ИК-датчика таким образом.
Для создания ИК-модуля нам в основном нужна ИК-пара (ИК-светодиод и фотодиод) и LM358 с некоторыми резисторами и светодиодом.
ИК-светодиод
ИК-светодиод излучает свет в диапазоне инфракрасных частот. ИК-свет невидим для нас, так как его длина волны (700 нм - 1 мм) намного превышает диапазон видимого света. Все, что производит тепло, излучает инфракрасное излучение, как, например, наше человеческое тело. Инфракрасное излучение имеет те же свойства, что и видимый свет, например, его можно фокусировать, отражать и поляризовать, как видимый свет.
ИК-светодиод выглядит как обычный светодиод, а также работает как обычный светодиод, он потребляет ток 20 мА и мощность 3 точки. ИК-светодиоды имеют угол испускания света прибл. 20-60 градусов и диапазон прибл. от нескольких сантиметров до нескольких футов, это зависит от типа ИК-передатчика и производителя. Некоторые передатчики имеют дальность действия в километрах.
Фотодиод
Фотодиод считается светозависимым резистором (LDR), что означает, что он имеет очень высокое сопротивление в отсутствие света и становится низким, когда на него падает свет. Фотодиод - это полупроводник, который имеет PN-переход, работающий в режиме обратного смещения, что означает, что он начинает проводить ток в обратном направлении, когда на него падает свет, и величина протекающего тока пропорциональна количеству света. Это свойство делает его полезным для обнаружения ИК-излучения.
Фотодиод выглядит как светодиод с покрытием черного цвета на внешней стороне. Он используется с обратным смещением, как показано на принципиальной схеме ниже.
LM358
LM358 - это операционный усилитель (ОУ), и в этой схеме мы используем его как компаратор напряжения. LM358 имеет внутри два независимых компаратора напряжения, которые могут питаться от одного PIN-кода, поэтому мы можем использовать одну микросхему для создания двух модулей ИК-датчиков. Здесь мы использовали только один компаратор, который имеет входы на PIN 2 и 3 и выход на PIN 1. Компаратор напряжения имеет два входа, один инвертирующий вход, а второй неинвертирующий вход (PIN 2 и 3 в LM358). Когда напряжение на неинвертирующем входе (+) выше, чем напряжение на инвертирующем входе (-), тогда на выходе компаратора (PIN 1) высокий уровень. И если напряжение инвертирующего входа (-) выше, чем неинвертирующего конца (+), то выходное напряжение НИЗКОЕ.
Модуль ИК-датчика
Составные части
- ИК-пара (ИК-светодиод и фотодиод)
- Микросхема LM358
- Резистор 100, 10к, 330 Ом
- Переменный резистор - 10к
- СВЕТОДИОД
Вы можете увидеть соединения на принципиальной схеме ИК-датчика. Фотодиод подключен с обратным смещением, инвертирующий конец LM358 (PIN 2) подключен к переменному резистору, чтобы настроить чувствительность датчика. А неинвертирующий конец (PIN 3) подключен к стыку фотодиода и резистора.
Когда мы включаем схему, на фотодиод не поступает ИК-излучение, а на выходе компаратора низкий уровень. Когда мы берем какой-то объект (не черный) перед парой ИК-излучения, ИК-излучение, излучаемое ИК-светодиодом, отражается объектом и поглощается фотодиодом. Теперь, когда отраженное ИК-излучение падает на фотодиод, напряжение на фотодиоде падает, а напряжение на последовательном резисторе R2 увеличивается. Когда напряжение на резисторе R2 (который подключен к неинвертирующему концу компаратора) становится выше, чем напряжение на инвертирующем конце, тогда выходной сигнал становится ВЫСОКИМ и загорается светодиод.
Напряжение на инвертирующем конце, которое также называется пороговым напряжением, можно установить, вращая ручку переменного резистора. Чем выше напряжение на инвертирующем конце (-), тем меньше чувствительность датчика, а чем ниже напряжение на инвертирующем конце (-), тем чувствительнее датчик.
Вся эта схема может быть размещена на печатной плате для создания надлежащего профессионального модуля ИК-датчика.