Сензори су веома важан део електронике, посебно у роботици и аутоматизацији. Сензори у електронским уређајима олакшавају нам живот аутоматским откривањем и управљањем уређајима, без људске интеракције. Постоје многе врсте сензора као што су сензори пожара, сензори влажности, сензори покрета, температурни сензори, ИР сензори итд. У овом чланку ћемо објаснити ИР сензор (инфрацрвени сензор), како он функционише и како се израђује модул ИР сензора.
ИР сензор је веома популаран сензор који се користи у многим апликацијама у електроници, као што се користи у систему даљинског управљања, детектору покрета, бројачу производа, роботским следбеницима, алармима итд
ИР сензор се у основи састоји од ИР ЛЕД и фотодиоде, овај пар се обично назива ИР пар или фото спојница. ИР сензор ради на главном у којем ИР ЛЕД емитује ИР зрачење, а фотодиода осећа да то зрачење. Отпор фотодиоде се мења у зависности од количине инфрацрвеног зрачења које пада на њега, отуда се и пад напона на њему такође мења, а помоћу упоређивача напона (попут ЛМ358) можемо осетити промену напона и према томе генерисати излаз.
Постављање ИР ЛЕД-а и фотодиоде може се извршити на два начина: Директно и Индиректно. У директном паду, ИР ЛЕД и фотодиода се држе један испред другог, тако да ИР зрачење може директно пасти на фотодиоду. Ако између њих поставимо било који предмет, то ће зауставити пад ИР светлости на фотодиоду.
И у индиректној инциденци, и ИР ЛЕД и фото диода су постављени паралелно (један поред другог), окренути оба у истом смеру. На тај начин, када се објекат држи испред инфрацрвеног пара, објект одбија ИР светлост и апсорбује га фотодиода. Имајте на уму да објекат не сме бити црн јер ће упијати цело ИЦ светло, уместо да се одбија. Генерално је ИР пар постављен на овај начин у модул ИР сензора.
Да бисмо направили ИР модул, углавном су нам потребни ИР пар (ИР ЛЕД и фотодиода) и ЛМ358 са неким отпорницима и ЛЕД.
ИР ЛЕД
ИР ЛЕД емитује светлост у опсегу инфрацрвене фреквенције. ИЦ светлост нам је невидљива, јер је њена таласна дужина (700нм - 1мм) много већа од домета видљиве светлости. Све што производи топлоту, зрачи инфрацрвеном светлошћу као на пример наше људско тело. Инфрацрвена светлост има иста својства као видљива светлост, јер може бити фокусирана, рефлектована и поларизована попут видљиве светлости.
ИР ЛЕД изгледа као нормална ЛЕД лампица, а такође ради као и нормална ЛЕД диода, троши струју од 20 мА и снагу од 3 гласова. ИР ЛЕД имају угао емитовања светлости од приближно 20-60 степени и опсег од приближно неколико центиметара до неколико стопа, то зависи од врсте ИЦ предајника и произвођача. Досег неких предајника је у километрима.
ПхотоДиоде
Фотодиода се сматра отпорником који зависи од светлости (ЛДР), што значи да има врло висок отпор у одсуству светлости и постаје слаб када светлост падне на њега. Фотодиода је полупроводник који има ПН спој, који ради у обрнутом пристрасности, што значи да почиње да проводи струју у обрнутом смеру када светлост падне на њу, а количина протока струје је пропорционална количини светлости. Ово својство га чини корисним за ИР детекцију.
Фотодиода изгледа као ЛЕД диода, са спољном страном црне боје. Користи се у обрнутој пристрасности, као што је приказано на доњем дијаграму кола.
ЛМ358
ЛМ358 је оперативно појачало (Оп-Амп) и у овом колу га користимо као упоредни напон. ЛМ358 има два независна упоредна напона, која се могу напајати једним ПИН-ом, тако да можемо користити један ИЦ за изградњу два модула ИР сензора. Овде смо користили само један компаратор, који има улазе на ПИН 2 и 3 и излаз на ПИН 1. Компаратор напона има два улаза, један је инвертујући улаз, а други неинвертујући улаз (ПИН 2 и 3 у ЛМ358). Када је напон на неинвертујућем улазу (+) већи од напона на инвертујућем улазу (-), тада је излаз упоређивача (ПИН 1) висок. А ако је напон инвертујућег улаза (-) већи од неинвертираног краја (+), тада је излаз ЛОВ.
Модул ИР сензора
Компоненте
- ИР пар (ИР ЛЕД и фотодиода)
- ИЦ ЛМ358
- Отпорник 100, 10к, 330 ома
- Променљиви отпорник - 10к
- ЛЕД
Везе можете видети на дијаграму кола ИЦ сензора. Фото диода је повезана обрнутом пристрасношћу, обрнути крај ЛМ358 (ПИН 2) повезан је на променљиви отпорник, ради подешавања осетљивости сензора. А неинвертујући крај (ПИН 3) повезан је на спој фотодиоде и отпорника.
Када УКЉУЧИМО коло нема ИЦ зрачења према фотодиоди и излаз компаратора је НИСАК. Када узмемо неки предмет (који није црн) испред ИР пара, тада ИР који емитује ИР ЛЕД објект рефлектује и апсорбује фотодиода. Сада када се рефлектује ИР пада на фотодиоду, напон на фотодиоди опада, а напон на серијском отпорнику Р2 расте. Када напон на отпорнику Р2 (који је повезан са неинвертујућим крајем компаратора) постане већи од напона на инвертирајућем крају, тада излаз постаје ВИСОК и ЛЕД се укључује.
Напон на обрнутом крају, који се назива и праг напона, може се подесити окретањем дугмета променљивог отпорника. Већи напон на обрнутом крају (-), мање осетљив сензор и Смањите напон на обрнутом крају (-), осетљивији сензор.
Читав овај круг се може поставити на ПЦБ за изградњу одговарајућег професионалног модула ИР сензора.