Anturit ovat erittäin tärkeä osa elektroniikkaa, erityisesti robotiikassa ja automaatiossa. Elektronisten laitteiden anturit tekevät elämästämme helpon tunnistamalla ja ohjaamalla laitteita automaattisesti ilman ihmisen vuorovaikutusta. On olemassa monenlaisia antureita, kuten paloanturi, kosteusanturi, liiketunnistin, lämpötila-anturi, IR-anturi jne. Tässä artikkelissa kerromme infrapunatunnistimesta (infrapuna-anturi), miten se toimii ja miten infrapuna-anturimoduuli rakennetaan.
IR-anturi on erittäin suosittu anturi, jota käytetään monissa elektroniikan sovelluksissa, kuten sitä käytetään kaukosäätimessä, liiketunnistimessa, tuotelaskurissa, linjaseuraajaroboteissa, hälytyksissä jne.
IR-anturi koostuu periaatteessa IR-LEDistä ja valodiodista, tätä paria kutsutaan yleensä IR-pariksi tai Photo-kytkimeksi. IR-anturi toimii päälaitteessa, jossa IR-LED lähettää IR-säteilyä ja fotodiodi tunnistaa IR-säteilyn. Fotodiodivastus muuttuu siihen putoavan IR-säteilyn määrän mukaan, joten myös sen yli menevä jännitehäviö muuttuu ja jännitteen vertailua (kuten LM358) käyttämällä voimme havaita jännitteen muutoksen ja tuottaa lähdön vastaavasti.
IR-LEDin ja fotodiodin sijoitus voidaan tehdä kahdella tavalla: Suora ja Epäsuora. On suora esiintyvyys, IR-LED ja valodiodi pidetään eteen toisistaan, niin että IR-säteily voidaan suoraan osuu fotodiodin. Jos sijoitamme minkä tahansa esineen niiden väliin, se pysäyttää IR-valon putoamisen valodiodille.
Ja epäsuorassa esiintymisessä sekä IR-LED- että valodiodi sijoitetaan rinnakkain (vierekkäin) molempiin samaan suuntaan. Tällä tavoin, kun kohdetta pidetään IR-parin edessä, objekti heijastaa IR-valoa ja absorboituu fotodiodilla. Huomaa, että kohteen ei pitäisi olla musta, koska se absorboi kaiken IR-valon heijastuksen sijaan. Yleensä IR-pari sijoitetaan tällä tavalla IR-anturimoduuliin.
Ja rakentaa IR-moduuli, me lähinnä tarvitaan IR-pari (IR-LED ja Valodiodin) ja LM358 joidenkin vastuksia ja LED.
IR-LED
IR-LED lähettää valoa infrapunataajuusalueella. IR-valo on meille näkymätön, koska sen aallonpituus (700 nm - 1 mm) on paljon suurempi kuin näkyvän valon alue. Kaikki, mikä tuottaa lämpöä, lähettää infrapunaa, kuten esimerkiksi ihmiskehomme. Infrapunalla on samat ominaisuudet kuin näkyvällä valolla, kuten se voidaan kohdistaa, heijastaa ja polarisoida kuin näkyvä valo.
IR-LED näyttää normaalilta lediltä ja toimii myös kuin normaali LED, se kuluttaa 20mA virtaa ja 3vots virtaa. IR-LEDien valoa lähettävä kulma on noin. 20-60 astetta ja noin muutamasta senttimetristä useaan jalkaan, se riippuu IR-lähettimen tyypistä ja valmistajasta. Joidenkin lähettimien kantama on kilometreinä.
PhotoDiode
Fotodiodia pidetään valon riippuvana vastuksena (LDR), mikä tarkoittaa, että sillä on erittäin suuri vastus ilman valoa ja se on matala, kun valo putoaa siihen. Fotodiodi on puolijohde, jolla on PN-liitos, jota käytetään käänteisessä esijännitteessä, mikä tarkoittaa, että se alkaa johtaa virtaa vastakkaiseen suuntaan, kun valo putoaa siihen, ja virran määrä on verrannollinen valon määrään. Tämän ominaisuuden ansiosta se on hyödyllinen infrapunatunnistuksessa.
Fotodiodi näyttää LEDiltä, jonka ulkopinnalla on musta väri. Sitä käytetään päinvastaisessa järjestyksessä, kuten alla olevassa piirikaaviossa on esitetty.
LM358
LM358 on operatiivinen vahvistin (Op-Amp), ja tässä piirissä käytämme sitä jännitteen vertailijana. LM358: ssa on kaksi itsenäistä jännitevertailijaa, jotka voidaan syöttää yhdellä PIN-koodilla, joten voimme käyttää yhtä IC: tä kahden IR-anturimoduulin rakentamiseen. Olemme käyttäneet tässä vain yhtä vertailijaa, jolla on tulot PIN-koodilla 2 & 3 ja lähtö PIN-koodilla 1. Jännitevertailijalla on kaksi tuloa, yksi on käänteinen tulo ja toinen ei-invertoiva tulo (PIN 2 ja 3 LM358: ssa). Kun jännite kääntämättömässä tulossa (+) on suurempi kuin jännite käänteisessä tulossa (-), vertailijan lähtö (PIN 1) on korkea. Ja jos käänteisen tulon (-) jännite on korkeampi kuin ei-käänteinen pää (+), niin lähtö on matala.
IR-anturimoduuli
Komponentit
- IR-pari (IR-LED ja fotodiodi)
- IC LM358
- Vastus 100, 10 k, 330 ohmia
- Muuttuva vastus - 10k
- LED
Näet liitännät IR-anturin kytkentäkaaviosta. Valodiodi on kytketty päinvastaisessa järjestyksessä, LM358: n käänteinen pää (PIN 2) on kytketty muuttuvaan vastukseen anturin herkkyyden säätämiseksi. Ja ei-käänteinen pää (PIN 3) on kytketty fotodiodin ja vastuksen risteykseen.
Kun kytket virran virtapiiriin, infrapunasäteilyä ei ole fotodiodia kohti ja vertailijan lähtö on matala. Kun otamme jonkin kohteen (ei mustaa) IR-parin eteen, niin kohde heijastaa IR-LEDin lähettämän IR: n ja valodiodi absorboi sen. Kun heijastunut IR putoaa fotodiodille, fotodiodin välinen jännite laskee ja sarjavastuksen R2 jännite kasvaa. Kun vastuksen R2 jännite (joka on kytketty vertailijan ei-käänteiseen päähän) nousee korkeammaksi kuin jännite käänteisessä päässä, lähtö lähtee KORKEAAKSI ja LED syttyy.
Jännite kääntöpäässä, jota kutsutaan myös kynnysjännitteeksi, voidaan asettaa kiertämällä vastuksen säätönuppia. Suurempi jännite kääntöpäässä (-), vähemmän herkkä anturi ja pienempi jännite kääntöpäässä (-), herkempi anturi.
Koko tämä piiri voidaan sijoittaa piirilevylle oikean ammattimaisen IR-anturimoduulin rakentamiseksi.