חיישנים הם חלק חשוב מאוד באלקטרוניקה, במיוחד ברובוטיקה ובאוטומציה. חיישנים במכשירים אלקטרוניים הופכים את חיינו לקלים על ידי חישה ושליטה אוטומטית במכשירים, ללא אינטראקציה אנושית. ישנם סוגים רבים של חיישנים כמו חיישן אש, חיישן לחות, חיישן תנועה, חיישן טמפרטורה, חיישן IR וכו '. במאמר זה נסביר על חיישן IR (חיישן אינפרא אדום), כיצד הוא עובד וכיצד לבנות מודול חיישן IR.
חיישן IR הוא חיישן פופולרי מאוד, המשמש ביישומים רבים באלקטרוניקה, כמו שהוא משמש במערכת שליטה מרחוק, גלאי תנועה, דלפק מוצרים, רובוטים עוקבים אחר קו, אזעקות וכו '.
חיישן IR כולל בעצם נורית אינפרא אדום ופוטודיודה, בדרך כלל זוג זה נקרא זוג IR או מצמד תמונות. חיישן IR עובד על העיקרי שבו IR LED פולט קרינת IR ופוטודיודה חשים כי קרינת IR. התנגדות פוטודיודה משתנה בהתאם לכמות קרינת ה- IR הנופלת עליה, ומכאן גם ירידת המתח שמעליה משתנה ועל ידי שימוש במשווה המתח (כמו LM358) נוכל לחוש בשינוי המתח ולהפיק את הפלט בהתאם.
הצבתם של IR LED ופוטודיודה יכולה להיעשות בשתי דרכים: ישיר ועקיף. בשנת שכיחות ישירה, IR LED ו פוטודיודה נשמרים מול אחד אחרת, כך קרינת אינפרא אדומה יכול נופלת ישירות על פוטודיודה. אם אנו מציבים חפץ כלשהו ביניהם, הוא מונע את נפילת אור ה- IR על פוטודיודה.
ובמקרה עקיף, הן נורית ה- IR והן דיודת הצילום ממוקמים במקביל (זה לצד זה), כשפניהם שניהם באותו כיוון. באופן זה, כאשר אובייקט מוחזק מול זוג IR, אור ה- IR מוחזר על ידי האובייקט ונספג על ידי פוטודיודה. שים לב שהאובייקט לא צריך להיות שחור מכיוון שהוא יספוג את כל אור ה- IR במקום להחזיר אותו. בדרך כלל זוג IR ממוקם בצורה זו במודול חיישן IR.
כדי לבנות מודול IR, אנו זקוקים בעיקר לזוג IR (IR LED ופוטודיודה) ו- LM358 עם כמה נגדים ו- LED.
נורית IR
נורית ה- IR פולטת אור בטווח תדרים אינפרא-אדום. אור IR אינו נראה בעינינו מכיוון שאורך הגל שלו (700 ננומטר - 1 מ"מ) גבוה בהרבה מטווח האור הנראה. כל מה שמייצר חום פולט אינפרא אדום כמו למשל גוף האדם שלנו. לאינפרא אדום יש את אותם תכונות כמו האור הנראה, כמו שהוא יכול להיות ממוקד, מוחזר ומקוטב כמו אור גלוי.
נורית ה- IR נראית כמו נורית נורמלית וגם פועלת כמו נורית נורמלית, היא צורכת זרם של 20mA ושלושה ווטים. ל נוריות ה- IR יש זווית פולטת אור של כ. 20-60 מעלות וטווח של כ. כמה סנטימטרים למספר רגליים, זה תלוי בסוג משדר ה- IR והיצרן. לחלק מהמשדרים הטווח בקילומטרים.
PhotoDiode
פוטודיודה נחשבת כנגד התלוי באור (LDR), כלומר יש לה עמידות גבוהה מאוד בהיעדר אור ונעשית נמוכה כאשר האור נופל עליו. פוטודיודה היא מוליך למחצה שיש לו צומת PN, המופעל בהטיה הפוכה, כלומר הוא מתחיל להוביל את הזרם בכיוון ההפוך כאשר האור נופל עליו, וכמות הזרימה הנוכחית פרופורציונאלית לכמות האור. מאפיין זה הופך אותו לשימושי לזיהוי IR.
פוטודיודה נראית כמו נורית LED, עם ציפוי צבע שחור בצד החיצוני שלה. הוא משמש במוטה הפוכה, כפי שמוצג בתרשים המעגל להלן.
LM358
LM358 הוא מגבר תפעולי (Op-Amp) ובמעגל זה אנו משתמשים בו כמשווה מתח. ב- LM358 יש שני משוואי מתח עצמאיים, אותם ניתן להפעיל באמצעות PIN יחיד, כך שנוכל להשתמש ב- IC היחיד לבניית שני מודולי חיישני IR. השתמשנו כאן רק במשווה אחד, שיש לו כניסות ב- PIN 2 & 3 ופלט ב- PIN 1. להשוואת המתח יש שני כניסות, האחד הוא קלט הפוך והשני הוא קלט שאינו הופך (PIN 2 ו- 3 ב- LM358). כאשר המתח בקלט שאינו הפוך (+) גבוה מהמתח בכניסה ההפוך (-), אז תפוקת המשווה (PIN 1) גבוהה. ואם המתח של קלט היפוך (-) גבוה יותר מקצה שאינו הפוך (+), אזי הפלט הוא נמוך.
מודול חיישן IR
רכיבים
- זוג IR (IR LED ופוטודיודה)
- IC LM358
- נגד 100, 10k, 330 אוהם
- נגד משתנה - 10k
- לד
אתה יכול לראות את החיבורים בתרשים המעגל של חיישן IR. דיודת הצילום מחוברת בהטיה הפוכה, קצה ההפוך של LM358 (PIN 2) מחובר לנגד המשתנה, בכדי להתאים את רגישות החיישן. וקצה לא הפוך (PIN 3) מחובר לצומת של פוטודיודה ונגד.
כאשר אנו מפעילים את המעגל אין קרינת IR לכיוון פוטודיודה ותפוקת המשווה נמוכה. כאשר אנו לוקחים אובייקט כלשהו (לא שחור) מול צמד IR, אז IR שנפלט על ידי IR LED משתקף על ידי האובייקט ונספג על ידי הפוטודיודה. כעת כאשר משתקף IR נופל על פוטודיודה, המתח על פני הפוטודיודה יורד, והמתח על פני הנגד הסדרה R2 עולה. כאשר המתח בנגד R2 (המחובר לקצה המשווה שאינו הופך) עולה על המתח בקצה ההפוך, אז הפלט הופך להיות גבוה והנורית נדלקת.
ניתן לכוון מתח בקצה ההפוך, הנקרא גם מתח סף, על ידי סיבוב כפתור הנגד המשתנה. גבוה יותר המתח בקצה ההפוך (-), פחות רגיש החיישן והוריד את המתח בקצה ההפוך (-), רגיש יותר את החיישן.
ניתן למקם את כל המעגל הזה על גבי PCB כדי לבנות מודול חיישן IR מקצועי.