آموزش الکترونیکپروژه الکترونیک

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.

برای یادگیری آردوینو (برنامه نویسی، ساخت ربات، ارتباط با اندروید) روی دوره آموزش آردوینو کلیک کنید.
برای یادگیری کامل الکترونیک روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

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.

روش مستقیم استفاده از سنسور مادون قرمز

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.

روش غیر مستقیم استفاده از سنسور مادون قرمز

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 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

فتودیود گیرنده موج مادون قرمز

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

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

آی سی Op-amp 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.

شماتیک مدار راه اندازی سنسور مادون قرمز

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
قطعات مورد نیاز را از فروشگاه قطعات آیرنکس تهیه کنید.

برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید.

برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس عضو شوید.

تصویر از محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

27 نظر

  1. سلام استاد رحیمی خسته نباشید.
    سوالی که در مورد دو سنسور فرسنده گیرنده استفاده کنم برای اینکه مدار از لحاظ کوچک بود و جمع و جور بودن بود که خواستم طراحی کنم
    سوال دوم مهندس جان در قسمت گیرنده R2 تغیرات ولتاژ خیلی دارم برای ثابت نگهداشتن ولتاژ از چه راهی استفاده کنم .فاصله بین فرسنده و گیرنده را در حدود یک ونیم متر قرار دادم و ولتاژ کاری من از تبدیل ولتاژ ۲۴به۱۸ هستش کهفقط تغیرات افت ولتاژی که در مقاومت گیرنده دارم زیاد هست خواهشا راهنمایی بفرمایید ممنون میشم از شما استاد

  2. ممنون از سایت خوبتون مدار کار کرد فقط استاد من دستمو جلوی سنسور میگیرم لد خاموش میشه ،میشه بگید چیکار کنم تا لد خاموش باشه دستمو بردم جلو روشن بشه

    1. سلام استاد خسته نباشید.حداکثر برد این مدار در فرسنده و گیرنده چقدر هست؟
      و اگر بخواهیم بردفرسنده و گیرنده تا اندازه ۲متر به درستی بگیره چیکار باید کرد؟
      سپاسگزارم

    2. سلام و عرض ادب خدمت شما استاد رحیمی.ممنون از راهنمایی شما در خصوص تغیر برد سنسور.سوالی از خدمت شما داشتم من این مدار را تا حدود برد دو متر راه اندازی کردم با یک سنسور فرسنده و گیرنده حالا میخوام بپرسم میشود در این مدار از دو سنسور فرسنده و دو سنسور گیرنده استفاده بشه و راه اندازی کرد
      اگر راهنمایی بفرمائید ممنون میشم

    3. سلام عزیز. شدن رو میشه اما نیاز به تغییر مدار هست، چرا دوبار همین مدار رو اجرا نمیکنید؟

  3. سلام استاد
    من این مدارو بستم ولی وقتی دستمو جلوی فوتو دیود میگیرم لد روشن نمیشه اما وقتی پتانسیومترو ولومشو تغیر میدم روشن میشه الان این مدار درسته؟؟؟؟بد من اگر بخوام یک موتور رو با این روشن کنم و خاموش کنم چیکار کنم.
    ممنون میشم کمکم کنین

    1. سلام جناب، در انتخاب مقاومت ها و پتانسیومتر دقت کنید و بررسی کنید تا مقدار مقاومت و پتانسیومتر مناسب رو بدست بیارید.

  4. راستی خیلی عذر میخوام، یادم رفت بگم

    سنسورهای مادون قرمز من از نوع ۳میلی متی هستن، نه ۵میلی متری؛
    چون که توی فیلم شما از ۵ میلی متری استفاده کردین!

    مشکل از سایز سنسورای من نیست؟

    ممنون میشم با جزئیات توضیح بدید!
    خیلی شرمندم به خدا!
    ببخشید.
    متشکر🙏🏻

    1. استفاده از سنسور مشابه با پروژه تاثیر زیادی داره چون بر اساس تغییر ولتاژ این پروژه کار میکنه و مقادیر کم هم میتونند تاثیر گذار باشند. با تغییر مقاومت و پتانسیومتر میتونید به حد مناسب برسید.

  5. سلام وقتتون بخیر استاد؛

    خواهش میکنم که منو راهنمایی کنید!
    من این مدار رو بستم اما وقتی که روشنش میکنم کار نمیکنه یعنی دستم رو نزدیک سنسورا میبرم، ال ای دی روشن نمیشه!
    وقتی که ولوم رو میچرخونم ال ای دی مدام روشن میشه و وقتی دستم رو جلوی سنسورا میبرم هیچ عملی صورت نمیگیره و وقتی که دوباره ولوم رو خلاف جهت قبل میچرخونم ال ای دی کلا خاموش میشه و مجدد که دستم رو جلوی سنسورا میبرم، هیچ اتفاقی نمی افتد،
    سنسور فرستنده رو با دوربین گوشی چک کردم؛ سالمه و داره دائما موج میفرسته!
    من چیکار کنم ؟ مشکل از کجاست ؟
    منو راهنمایی کنید ممنونتون میشم واقعا !
    پروژه حساسی هسته قراره یه جا کار بشه متاسفانه به این مشکل غیر منتظره بر خوردم، مشکلی که هیچ کدوم از کابران عزیز نداشتن!
    ممنون میشم راهنمایی کنید منو!
    خیلی خیلی ممنون از سایت عالیتون!

    1. سلام جناب، این پروژه با توجه به اینکه آنالوگ هست باید به صورت درست تنظیم بشه، وقتی پتانسیومتر رو تغییر میدید و ال ای دی روشن و خاموش میشه یعنی درست عمل میکنه و فقط باید مقدار مقاومت مناسب رو انتخاب کنید.

    1. سلام جناب. این پروژه آنالوگ هست و کد نداره.

  6. سلام ببخشید این 3 خروجی ها رو من نفهمیدم از کجای مدار و مثبت منفی نمیدونم لطفا کمکم کنید

    1. سلام جناب. منظورتون کدوم 3 خروجی هست؟ علامت GND مشخص شده و به منفی متصل میشه همچنین علامت ولتاژ ورودی هم مشخص هست که به مثبت متصل میشه.

  7. سلام
    ایا این مدار با برق ۱۲ ولت کار می کنه؟
    اگر نه باید چه تغییراتی داده بشه؟

  8. سلام
    من جفت سنسور مادون قرمز رو خریدار یکردم منتهی تو پروژه شما یکیش سیاهه یکیش سفید هست رنگش
    ولی اونی که من خریدم یکیش به رنگ آبی تیره هست یکیش به رنگ سفید ؟؟
    اینا درستن؟؟؟یکیش گیرنده هست یکیش فرستنده؟؟؟

    1. سلام. احتمالا به همین صورت هست اما بهتره از فروشنده سوال کنید.

  9. باسلام
    ببخشید دو تا سوال داشتم یکی اینکه من مدارو ساختم ولی همش led روشنه هر چقدرم مقاومت متغیرو تغییر میدم اتفاقی نمی افته.
    دوم اینکه این مدار برای تشخیص رنگ(مشکی و سفید ) برای ربات مسیریاب کاربرد داره؟

    1. سلام دوست عزیزم دستگاه شما درسته مشکل شما هم اینه که وقتی دستگاه در دست میگیرید نمیدانید که در حال سنس شدن هستید قسمت فرستنده را با دوربین موبایل جک کنید درست کار میکنه اما قسمت گیرنده رو نمیتونید چک کنید پتانسیومتر را برخلاف عقربه ساعت تا اخر بچرخانید اگر ال ای دی خاموش شد دسترست عمل میکنه که باید درست تنظیم بشه.

    2. سلام من مدار رو بستم (کاملا طبق شماتیک بالا)
      1. LED به طور یکسره روشنه!
      2. با دوربین موبایل که سنسور رو چک میکنم روشن نیست !!

      مشکل از کجاست ؟؟؟ گیرنده و فرستنده مادون قرمزو چجوری خارج از مدار میتونم تست کنم که سالمن یا نه ؟

    3. ال ای دی فرستنده رو به منبع تغذیه متصل کنید و بعدش با دوربین گوشیتون چک کنید.

    4. جناب بستگی به نوع فرستنده میتونه متغیر باشه. از 3.3 شروع کنید اگر جواب نگرفتید بالا ببرید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *