I sensori sono una parte molto importante dell'elettronica, specialmente nella robotica e nelle automazioni. I sensori nei dispositivi elettronici semplificano la nostra vita rilevando e controllando automaticamente i dispositivi, senza interazione umana. Esistono molti tipi di sensori come sensore antincendio, sensore di umidità, sensore di movimento, sensore di temperatura, sensore IR ecc. In questo articolo spiegheremo il sensore IR (sensore a infrarossi), come funziona e come costruire un modulo sensore IR.
Il sensore IR è un sensore molto popolare, che viene utilizzato in molte applicazioni nell'elettronica, come viene utilizzato nel sistema di controllo remoto, rilevatore di movimento, contatore di prodotti, robot inseguitori di linea, allarmi ecc.
Il sensore IR fondamentalmente consiste in un LED IR e un fotodiodo, questa coppia è generalmente chiamata coppia IR o fotoaccoppiatore. Il sensore IR funziona sul principale in cui il LED IR emette radiazioni IR e il fotodiodo rileva quella radiazione IR. La resistenza del fotodiodo cambia in base alla quantità di radiazione IR che cade su di esso, quindi cambia anche la caduta di tensione attraverso di esso e utilizzando il comparatore di tensione (come LM358) possiamo rilevare la variazione di tensione e generare l'uscita di conseguenza.
Il posizionamento del LED IR e del fotodiodo può essere effettuato in due modi: diretto e indiretto. Nell'incidenza diretta, il LED IR e il fotodiodo sono tenuti uno di fronte all'altro, in modo che la radiazione IR possa cadere direttamente sul fotodiodo. Se posizioniamo un oggetto tra di loro, interrompe la caduta della luce IR sul fotodiodo.
E nell'incidenza indiretta, sia il LED IR che il fotodiodo sono posti in parallelo (fianco a fianco), rivolti entrambi nella stessa direzione. In questo modo, quando un oggetto viene tenuto davanti alla coppia IR, la luce IR viene riflessa dall'oggetto e viene assorbita dal fotodiodo. Nota che l'oggetto non dovrebbe essere nero in quanto assorbirà tutta la luce IR, invece di riflettere. Generalmente la coppia IR viene posizionata in questo modo nel modulo sensore IR.
Per costruire un modulo IR, abbiamo principalmente bisogno di una coppia IR (LED IR e fotodiodo) e LM358 con alcune resistenze e un LED.
LED IR
Il LED IR emette luce, nella gamma della frequenza degli infrarossi. La luce IR è invisibile per noi poiché la sua lunghezza d'onda (700 nm - 1 mm) è molto superiore alla gamma della luce visibile. Tutto ciò che produce calore, emette infrarossi come ad esempio il nostro corpo umano. Gli infrarossi hanno le stesse proprietà della luce visibile, in quanto possono essere focalizzati, riflessi e polarizzati come la luce visibile.
Il LED IR si presenta come un normale LED e funziona anche come un normale LED, consuma 20 mA di corrente e 3 volt. I LED IR hanno un angolo di emissione della luce di ca. 20-60 gradi e un raggio di ca. da pochi centimetri a diversi piedi, dipende dal tipo di trasmettitore IR e dal produttore. Alcuni trasmettitori hanno la portata in chilometri.
Fotodiodo
Il fotodiodo è considerato un resistore dipendente dalla luce (LDR), significa che ha una resistenza molto elevata in assenza di luce e diventa basso quando la luce cade su di esso. Il fotodiodo è un semiconduttore che ha una giunzione PN, azionata in polarizzazione inversa, significa che inizia a condurre la corrente in direzione inversa quando la luce cade su di esso e la quantità di flusso di corrente è proporzionale alla quantità di luce. Questa proprietà lo rende utile per il rilevamento IR.
Il fotodiodo si presenta come un LED, con un rivestimento di colore nero sul lato esterno. Viene utilizzato con polarizzazione inversa, come mostrato nello schema del circuito di seguito.
LM358
LM358 è un amplificatore operazionale (Op-Amp) e in questo circuito lo stiamo utilizzando come comparatore di tensione. L'LM358 ha due comparatori di tensione indipendenti al suo interno, che possono essere alimentati da un singolo PIN, quindi possiamo utilizzare il singolo IC per costruire due moduli sensore IR. Abbiamo usato solo un comparatore qui, che ha ingressi ai PIN 2 e 3 e un'uscita al PIN 1. Il comparatore di tensione ha due ingressi, uno è un ingresso invertente e il secondo è un ingresso non invertente (PIN 2 e 3 in LM358). Quando la tensione sull'ingresso non invertente (+) è superiore alla tensione sull'ingresso invertente (-), l'uscita del comparatore (PIN 1) è Alta. E se la tensione dell'ingresso invertente (-) è maggiore dell'estremità non invertente (+), l'uscita è BASSA.
Modulo sensore IR
Componenti
- Coppia IR (LED IR e fotodiodo)
- IC LM358
- Resistenza 100, 10k, 330 ohm
- Resistenza variabile - 10k
- GUIDATO
È possibile vedere i collegamenti nello schema del circuito del sensore IR. Il fotodiodo è collegato in polarizzazione inversa, l'estremità invertente dell'LM358 (PIN 2) è collegata al resistore variabile, per regolare la sensibilità del sensore. E l'estremità non invertente (PIN 3) è collegata alla giunzione del fotodiodo e di un resistore.
Quando accendiamo il circuito non c'è radiazione IR verso il fotodiodo e l'uscita del comparatore è BASSA. Quando prendiamo un oggetto (non nero) davanti alla coppia IR, l'IR emesso dal LED IR viene riflesso dall'oggetto e assorbito dal fotodiodo. Ora, quando l'IR riflesso cade sul fotodiodo, la tensione sul fotodiodo diminuisce e la tensione sul resistore in serie R2 aumenta. Quando la tensione al resistore R2 (che è collegato all'estremità non invertente del comparatore) diventa superiore alla tensione all'estremità invertente, l'uscita diventa ALTA e il LED si accende.
La tensione all'estremità invertente, chiamata anche tensione di soglia, può essere impostata ruotando la manopola del resistore variabile. Maggiore è la tensione all'estremità invertente (-), meno sensibile è il sensore e Abbassare la tensione all'estremità invertente (-), più sensibile è il sensore.
L'intero circuito può essere posizionato su PCB per costruire un adeguato modulo sensore IR professionale.