سنسور مادون قرمز چیست؟ آموزش راه اندازی حسگر IR

سلام. آموزش راه اندازی ماژول سنسور مادون قرمز IR (پروژه آنالوگ) را آماده کردیم.

سنسور مادون قرمز چیست؟

سنسور ها در رباتیک و اتوماسیون بخش بسیار مهمی هستند. حسگر های مختلفی وجود دارد مثل سنسور آتش ، سنسور رطوبت ، حسگر مادون قرمز و …

در این پروژه آنالوگ ما سنسور مادون قرمز را بدون استفاده از میکروکنترلر (میکروکنترلر چیست؟) راه اندازی میکنیم و همچنین نحوه کار آن را توضیح میدهیم. سنسور IR یک سنسور بسیار محبوب است، که در بسیاری از برنامه های الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد، مثل سیستم کنترل از راه دور ، ردیاب ، پیشخوان محصولات ، ربات های دنبال کننده خط ، هشدار و … (فیلم عملکرد این پروژه در انتهای آموزش قرار داده شده است.)

سنسور IR در اصل از یک LED مادون قرمز و یک فتودیود تشکیل شده است، این دو معمولاً به عنوان جفت IR نامیده می شود. سنسور IR بر روی اصلی کار می کند که در آن LED اشعه مادون قرمز را تابش می کند و فتودیود آن را دریافت میکند.. مقاومت Photodiode با توجه به میزان تابش IR که بر روی آن می افتد تغییر می کند، از این رو افت ولتاژ در آن نیز تغییر می کند و با استفاده از مقایسه کننده های ولتاژ (مانند LM358) می توانیم تغییر ولتاژ را حس کنیم و براساس آن خروجی تولید کنیم.

فیلم زیر عملکرد این مدار را نشان میدهد و به شما در درک نحوه کار این پروژه کمک میکند.

قرار دادن IR LED و Photodiode به دو روش مستقیم و غیرمستقیم قابل انجام است.

در روش مستقیم ، چراغ IR و فتودودیود در مقابل یکدیگر قرار می گیرند، به طوری که اشعه IR می تواند مستقیماً بر روی فتودودیود قرار گیرد. اگر هر شیئی را بین آنها قرار دهیم ، آنگاه تابش نور IR بر روی فتو دیود متوقف می شود.

در روش غیر مستقیم ، هر دو دیود IR و Photo به طور موازی (کنار هم) قرار می گیرند ، و هر دو در یک جهت قرار دارند. در این روش ، هنگامی که یک جسم در مقابل جفت IR نگه داشته می شود، نور IR توسط جسم منعکس می شود و توسط فتو دیود جذب می شود. توجه داشته باشید که شیء نباید سیاه باشد زیرا به جای بازتاب، تمام نور IR را جذب می کند.

برای راه اندازی سنسور مادون قرمز به صورت آنالوگ ما به گیرنده و فرستنده مادون قرمز نیاز داریم. همچنین برای مقایسه ولتاژ به یک آپ امپ LM358 نیاز داریم.

چراغ فرستنده موج مادون قرمز

چراغ IR در محدوده فرکانس مادون قرمز نور ساطع می کند. نور IR برای ما نامرئی است زیرا طول موج آن (700nm – 1mm) بسیار بیشتر از محدوده نور مرئی است. هر چیزی که تولید گرما می کند، مانند بدن انسان مادون قرمز ساطع می کند. مادون قرمز همان خصوصیات نور مرئی را دارد، مثلا میتواند متمرکز شود، منعکس شود و قطبی شود.

چراغ فرستنده مانند یک LED معمولی به نظر می رسد و همچنین مانند یک LED معمولی عمل می کند، از جریان 20 میلی آمپر و 3 ولت استفاده می کند. LED های IR دارای زاویه تابش نور تقریباً 20-60 درجه هستند. دامنه ارسال موج آنها بستگی به مدل انها از چند سانتی متر تا حتی چند کیلو متر میتواند باشد.

فتودیود گیرنده موج مادون قرمز

Photodiode به عنوان مقاومت وابسته به نور (LDR) در نظر گرفته می شود، به این معنی که در صورت عدم وجود نور مقاومت بسیار بالایی دارد و در هنگام تابش نور روی آن مقاومت آن کم می شود. این خاصیت آن را برای تشخیص IR مفید می کند. Photodiode به نظر می رسد مانند یک LED است که یک پوشش سیاه رنگ در قسمت بیرونی آن است.

آی سی تقویت کننده (آپ امپ) LM358

LM358 یک تقویت کننده عملیاتی (Op-Amp) است و در این مدار از آن به عنوان یک مقایسه کننده ولتاژ استفاده می کنیم. LM358 دارای دو مقایسه کننده ولتاژ مستقل در داخل آن است یعنی میتوانیم از یکی از آنها برای راه اندازی دو ماژول سنسور IR استفاده کنیم. ما در اینجا فقط از یک مقایسه کننده استفاده کرده ایم که دارای ورودی های PIN 2 و 3 و خروجی در PIN 1. مقایسه ولتاژ دارای دو ورودی است ، یکی ورودی معکوس و دوم ورودی غیر معکوس (PIN 2 و 3 در LM358). هنگامی که ولتاژ در ورودی غیر معکوس (+) بیشتر از ولتاژ در ورودی معکوس (-) باشد ، خروجی مقایسه کننده (PIN 1) زیاد است. و اگر ولتاژ ورودی معکوس (-) از انتهای غیر معکوس (+) بالاتر باشد ، خروجی آن کم است.

مدار راه اندازی سنسور مادون قرمز

در تصویر زیر شماتیک کامل مدار راه اندازی سنسور مادون قرمز بدون استفاده از میکروکنترلر را مشاهده میکنید.

همانطور که در تصویر بالا دیده میشود، پین معکوس آپ امپ LM358 یعنی پین 2 به مقاومت متغیر متصل میشود تا حساسیت سنسور را تنظیم کند. و پین غیر معکوس آن یعنی پین 3 به محل اتصال فتودیود و یک مقاومت متصل است.

هنگامی که مدار روشن میشود هیچ تابشی به سمت فتودیود وجود ندارد و خروجی مقایسه کننده کم است. هنگامی که جسمی را جلوی سنسور فرستنده بگیریم ، اشعه مادون قرمز ساطع شده توسط فرستنده منعکس میشود به سمت گیرنده مادون قرمز میرود. گیرنده مادون قرمز ان را جذب کرده و مقاومت آن کم میشود. اینکار باعث میشود ولتاژ در مقاومت R2 افزایش یابد. همانطور که میبنید مقاومت R2 به انتهای غیر معکوس مقایسه کننده LM358 متصل است. اینکار باعث میشود ولتاژ در پین غیر معکوس از ولتاژ در پین معکوس بیشتر شود و باعث میشود خروجی آپ امپ زیاد شده و ال ای دی روشن شود.

قطعات مورد نیاز

1. جفت ماژول سنسور مادون قرمز
2. آی سی آپ امپ LM358
3. مقاومت 100 اهم
4. مقاومت 10 کیلو اهم
5. مقاومت 330 اهم
6. مقاومت متغیر (پتانسیومتر) – 10 کیلو اهم
7. LED