Jutikliai yra labai svarbi elektronikos dalis, ypač robotikos ir automatikos srityse. Elektroninių prietaisų jutikliai palengvina mūsų gyvenimą automatiškai nujaučiant ir valdant prietaisus be žmogaus sąveikos. Yra daugybė jutiklių, tokių kaip priešgaisrinis jutiklis, drėgmės jutiklis, judesio jutiklis, temperatūros jutiklis, IR jutiklis ir kt. Šiame straipsnyje paaiškinsime apie IR jutiklį (infraraudonųjų spindulių jutiklį), kaip jis veikia ir kaip sukurti IR jutiklio modulį.
IR jutiklis yra labai populiarus jutiklis, naudojamas daugelyje elektronikos programų, pavyzdžiui, jis naudojamas nuotolinio valdymo sistemoje, judesio detektoriuje, produktų skaitiklyje, linijos sekimo robotuose, aliarmuose ir kt.
IR jutiklis iš esmės susideda iš IR šviesos diodo ir fotodiodo, ši pora paprastai vadinama IR pora arba „ Photo coupler“. IR jutiklis dirba tuo principu, kuriame IR šviesos diodas skleidžia IR spinduliuotę, o fotodiodas jaučia tą IR spinduliuotę. Fotodiodo varža keičiasi atsižvelgiant į ant jos krintančios IR spinduliuotės kiekį, todėl kinta ir įtampos kritimas joje. Naudodami įtampos palygintuvą (pvz., LM358) galime nujausti įtampos pokytį ir atitinkamai generuoti išėjimą.
IR šviesos diodą ir fotodiodą galima dėti dviem būdais: tiesioginiu ir netiesioginiu. Be tiesioginės įtakos, IR LED ir photodiode laikomi priešais vienas kitą, todėl, kad IR spinduliai gali tiesiogiai patenka ant fotodiodo. Jei tarp jų pastatysime kokį nors daiktą, jis sustabdys IR šviesos kritimą ant fotodiodo.
Ir netiesioginių Sergamumas, tiek diodas ir nuotraukų diodas yra dedamas į lygiagrečiai (vienas šalia kito), susiduria su tiek ta pačia kryptimi. Tokiu būdu, kai objektas laikomas prieš IR porą, objektas atspindi IR šviesą ir sugeria fotodiodas. Atkreipkite dėmesį, kad objektas neturėtų būti juodas, nes sugeria visą IR šviesą, o ne atspindi. IR pora tokiu būdu dedama į IR jutiklio modulį.
Norėdami sukurti IR modulį, mums daugiausia reikia IR poros (IR LED ir fotodiodų) ir LM358 su kai kuriais rezistoriais ir LED.
IR šviesos diodas
IR šviesos diodas skleidžia šviesą infraraudonųjų spindulių dažnio diapazone. IR šviesa mums nematoma, nes jos bangos ilgis (700nm - 1mm) yra daug didesnis nei matomos šviesos diapazonas. Viskas, kas gamina šilumą, skleidžia infraraudonuosius spindulius, pavyzdžiui, mūsų žmogaus kūnas. Infraraudonieji spinduliai turi tas pačias savybes kaip ir matoma šviesa, pavyzdžiui, ji gali būti fokusuota, atspindėta ir poliarizuota kaip matoma šviesa.
IR šviesos diodas atrodo kaip įprastas šviesos diodas, taip pat veikia kaip įprastas šviesos diodas, jis sunaudoja 20mA srovę ir 3vots energiją. IR šviesos diodų šviesos spinduliavimo kampas yra maždaug 20–60 laipsnių ir apytiksliai nuo kelių centimetrų iki kelių kojų, tai priklauso nuo IR siųstuvo tipo ir gamintojo. Kai kurių siųstuvų nuotolis yra kilometrais.
PhotoDiode
Fotodiodas yra laikomas atspariu šviesai rezistoriumi (LDR), tai reiškia, kad jis turi labai didelį atsparumą be šviesos ir tampa mažas, kai ant jo patenka šviesa. Fotodiodas yra puslaidininkis, turintis PN jungtį, veikiantis atvirkštiniu poslinkiu, tai reiškia, kad jis pradeda laidyti srovę atvirkštine kryptimi, kai į ją patenka šviesa, o srovės srautas yra proporcingas šviesos kiekiui. Ši savybė daro ją naudinga IR aptikti.
Fotodiodas atrodo kaip šviesos diodas, kurio išorinėje pusėje yra juodos spalvos danga. Jis naudojamas atvirkštiniu būdu, kaip parodyta toliau pateiktoje schemoje.
LM358
LM358 yra operacinis stiprintuvas (Op-Amp) ir šioje grandinėje mes jį naudojame kaip įtampos palygiklį. LM358 viduje yra du nepriklausomi įtampos palygintuvai, kuriuos galima maitinti vienu PIN kodu, todėl mes galime naudoti vieną IC, kad sukurtume du IR jutiklių modulius. Čia mes naudojome tik vieną lygintuvą, kurio įėjimai yra PIN 2 ir 3, o išėjimai - PIN 1. Įtampos palygintuve yra du įėjimai, vienas yra invertuojantis įvestis, o antrasis - ne invertuojantis įėjimas (LM358 PIN 2 ir 3). Kai įtampa neinvertuojančiame įėjime (+) yra didesnė už įtampą esant invertuojančiosios įvesties (-), tada komparatoriaus išvestis (PIN 1) yra didelė. Ir jei invertuojančios įvesties įtampa (-) yra didesnė už neinvertuojančio galo (+), tada išėjimas yra mažas.
IR jutiklio modulis
Komponentai
- IR pora (IR šviesos diodas ir fotodiodas)
- IC LM358
- Rezistorius 100, 10k, 330 omų
- Kintamas rezistorius - 10k
- LED
Jungtis galite pamatyti IR jutiklio grandinės schemoje. Foto diodas yra prijungtas atvirkštiniu būdu, apverčiamasis LM358 galas (PIN 2) yra prijungtas prie kintamo rezistoriaus, kad sureguliuotų jutiklio jautrumą. Neinvertuojantis galas (PIN 3) yra sujungtas su fotodiodo ir rezistoriaus sandūra.
Kai įjungiame grandinę, IR spinduliuotė į fotodiodą nėra nukreipta, o komparatoriaus išėjimas yra LOW. Kai prieš IR porą imame kokį nors objektą (ne juodą), tada IR šviesos diodo spinduliuojamą IR atspindi objektas ir sugeria fotodiodas. Kai atspindi IR kritimas fotodiode, fotodiodo įtampa krinta, o nuosekliojo rezistoriaus R2 įtampa didėja. Kai rezistoriaus R2 įtampa (kuri yra sujungta su ne invertuojančiu lyginamojo galo galu) tampa didesnė nei įtampa invertuojančiame gale, tada išėjimas tampa HIGH ir LED įsijungia.
Įtampą apverčiančiame gale, kuri dar vadinama slenksčio įtampa, galima nustatyti pasukant kintamo rezistoriaus rankenėlę. Aukštesnė įtampa invertuojančiame gale (-), mažiau jautrus jutiklis ir žemesnė įtampa invertuojančiame gale (-), jautresnis jutiklis.
Visa ši grandinė gali būti dedama į PCB, kad būtų sukurtas tinkamas profesionalus IR jutiklio modulis.