- Sensör nedir?
- Sensör Türleri:
- IR LED:
- Fotoğraf Diyotu (Işık Sensörü):
- LDR (Işık Bağımlı Direnç):
- Termistör (Sıcaklık Sensörü):
- Termokupl (Sıcaklık Sensörü):
- Gerinim Ölçer (Basınç / Kuvvet Sensörü):
- Yük Hücresi (Ağırlık Sensörü):
- Potansiyometre:
- Kodlayıcı:
- Hall Sensörü:
- Flex Sensör:
- Mikrofon (Ses Sensörü):
- Ultrasonik sensör:
- Dokunma sensörü:
- PIR sensörü:
- İvmeölçer (Eğim Sensörü):
- Gaz sensörü:
Otomasyon çağı şimdiden başladı. Şu anda kullandığımız şeylerin çoğu otomatikleştirilebilir. Otomatik cihazları tasarlamak için önce sensörler hakkında bilmemiz gerekir, bunlar insan müdahalesi olmadan işlerin yapılmasına yardımcı olan modüller / cihazlardır. Günlük kullandığımız cep telefonları veya akıllı telefonlar bile salon sensörü, yakınlık sensörü, ivmeölçer, dokunmatik ekran, mikrofon vb. Sensörlere sahip olacaktır. Bu sensör, dış dünyadaki parametreleri algılayan ve veren herhangi bir elektrikli ekipmanın gözü, kulağı, burnu gibi davranır. cihazlara veya Mikrodenetleyiciye okumalar.
Sensör nedir?
Sensör, kuvvet, basınç, gerinim, ışık vb. Fiziksel nicelikleri algılamak / algılamak ve ardından uygulanan fiziksel miktarı ölçmek için elektrik sinyali gibi istenen çıktıya dönüştürmek için kullanılabilen bir cihaz olarak tanımlanabilir . Birkaç durumda, bir sensör tek başına elde edilen sinyali analiz etmek için yeterli olmayabilir. Bu durumlarda, kullandığımız son cihaza göre sensörün çıkış voltaj seviyelerini istenen aralıkta tutmak için bir sinyal koşullandırma ünitesi kullanılır.
Gelen sinyal koşullandırma birimi, algılayıcının çıkış, amplifiye edilebilir istenen bir çıkış gerilimine süzüldü veya modifiye. Örneğin, bir mikrofonu düşünürsek, ses sinyalini algılar ve bir çıkış devresini sürmek zor hale gelen çıkış voltajına (milivolt cinsinden) dönüştürür. Bu nedenle, sinyal gücünü artırmak için bir sinyal koşullandırma birimi (bir amplifikatör) kullanılır. Ancak sinyal koşullandırma, fotodiyot, LDR vb. Gibi tüm sensörler için gerekli olmayabilir.
Sensörlerin çoğu bağımsız olarak çalışamaz. Bu nedenle, ona yeterli giriş voltajı uygulanmalıdır. Çeşitli sensörlerin, onunla çalışırken dikkate alınması gereken farklı çalışma aralıkları vardır, aksi takdirde sensör kalıcı olarak hasar görebilir.
Sensör Türleri:
Piyasada bulunan çeşitli sensör türlerini görelim ve bunların işlevselliğini, çalışmasını, uygulamalarını vb. Tartışalım. Çeşitli sensörleri şöyle tartışacağız:
- Işık sensörü
- IR Sensörü (IR Verici / IR LED)
- Fotodiyot (IR Alıcı)
- Hafif Bağımlı Direnç
- Sıcaklık sensörü
- Termistör
- Termokupl
- Basınç / Kuvvet / Ağırlık Sensörü
- Gerinim Ölçer (Basınç Sensörü)
- Yük Hücreleri (Ağırlık Sensörü)
- Pozisyon sensörü
- Potansiyometre
- Kodlayıcı
- Hall Sensörü (Manyetik Alanı Algılama)
- Flex Sensör
- Ses Sensörü
- Mikrofon
- Ultrasonik sensör
- Dokunma sensörü
- PIR Sensörü
- Eğim Sensörü
- İvmeölçer
- Gaz Sensörü
Projemize veya uygulamamıza göre istenen sensörü seçmemiz gerekiyor. Daha önce de belirtildiği gibi çalıştırılmaları için özelliklerine göre uygun voltaj uygulanmalıdır.
Şimdi çeşitli sensörlerin çalışma prensibini ve günlük yaşamımızda veya uygulamasında nerede görülebileceğini görelim.
IR LED:
IR Verici olarak da adlandırılır. Kızılötesi ışınları yaymak için kullanılır. Bu frekansların aralığı mikrodalga frekanslarından daha büyüktür (yani> 300GHz ila birkaç yüz THz). Kızılötesi bir LED tarafından üretilen ışınlar, aşağıda açıklanan Photodiode ile algılanabilir. IR LED ve fotodiyot çifti, IR Sensörü olarak adlandırılır. İşte bir IR sensörünün çalışma şekli.
Fotoğraf Diyotu (Işık Sensörü):
Işık ışınlarını tespit etmek için kullanılan ve daha çok IR Alıcı olarak kullanılan yarı iletken bir cihazdır. Yapısı normal PN bağlantı diyotuna benzer ancak çalışma prensibi ondan farklıdır. Bildiğimiz gibi, bir PN bağlantısı ters eğilimli olduğunda küçük kaçak akımlara izin verdiğinden, bu özellik ışık ışınlarını tespit etmek için kullanılır. Bir fotodiyot, uyguladığımız ışığın yoğunluğuna bağlı olarak kaçak akımı arttıran PN bağlantısına ışık ışınlarının düşmesi için bir fotodiyot inşa edilir. Bu şekilde, ışık ışınlarını algılamak ve devre boyunca akımı sürdürmek için bir fotodiyot kullanılabilir . IR sensörlü Fotodiyotun çalışmasını buradan kontrol edin.
Bir fotodiyot kullanarak, güneş ışığı yoğunluğu azaldığında parlayan basit bir otomatik sokak lambası yapabiliriz. Ancak fotodiyot, üzerine az miktarda ışık düşse bile çalışır, bu yüzden dikkatli olunmalıdır.
LDR (Işık Bağımlı Direnç):
Adından da anlaşılacağı gibi direncin ışık yoğunluğuna bağlı olduğunu belirtir. Işığa bağlı iletim anlamına gelen fotoiletkenlik prensibiyle çalışır. Genellikle Kadmiyum sülfürden oluşur. Işık LDR'ye düştüğünde direnci azalır ve bir iletkene benzer şekilde davranır ve üzerine hiç ışık düşmediğinde direnci neredeyse MΩ aralığındadır veya ideal olarak açık devre görevi görür . LDR ile ilgili bir not, ışığın tam olarak yüzeyine odaklanmaması durumunda yanıt vermeyeceğidir.
Bir transistör kullanan uygun bir devre ile ışığın varlığını tespit etmek için kullanılabilir. Bir LDR ile değiştirilen R2 (taban ve verici arasındaki direnç) ile voltaj bölücü taraflı bir transistör, bir ışık dedektörü olarak çalışabilir. Burada LDR'ye dayalı çeşitli devreleri kontrol edin.
Termistör (Sıcaklık Sensörü):
Sıcaklıktaki değişimi tespit etmek için bir termistör kullanılabilir . Negatif bir sıcaklık katsayısına sahiptir, yani sıcaklık arttığında direnç azalır. Bu nedenle, termistörün direnci, sıcaklıktaki artışla değişebilir ve bu da içinden daha fazla akım geçmesine neden olur. Akım akışındaki bu değişiklik, sıcaklıktaki değişim miktarını belirlemek için kullanılabilir. Termistör için bir uygulama, sıcaklıktaki artışı tespit etmek ve stabilitesini korumaya yardımcı olan bir transistör devresindeki kaçak akımı kontrol etmek için kullanılır. İşte Termistörün DC fanını otomatik olarak kontrol etmesi için basit bir uygulama.
Termokupl (Sıcaklık Sensörü):
Sıcaklıktaki değişimi tespit edebilen bir başka bileşen de termokupldur. Yapısında, iki farklı metal bir bağlantı oluşturmak için birleştirilir. Ana prensibi, iki farklı metalin birleşme yerinin ısıtılması veya yüksek sıcaklıklara maruz kalması durumunda, terminalleri boyunca bir potansiyelin değişmesidir. Bu nedenle, değişen potansiyel, sıcaklıktaki değişim miktarını ölçmek için daha fazla kullanılabilir.
Gerinim Ölçer (Basınç / Kuvvet Sensörü):
Bir yük uygulandığında basıncı tespit etmek için bir gerinim ölçer kullanılır . Direnç prensibine göre çalışır, direncin telin uzunluğu ile doğru orantılı olduğunu ve kesit alanı ile ters orantılı olduğunu biliyoruz (R = ρl / a). Aynı prensip burada yükü ölçmek için kullanılabilir. Esnek bir tahta üzerinde, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir tel zikzak şeklinde düzenlenmiştir. Bu nedenle, söz konusu levhaya basınç uygulandığında, telin toplam uzunluğunda ve kesit alanında değişikliğe neden olan bir yönde bükülür. Bu, telin direncinde değişikliğe yol açar. Bu şekilde elde edilen direnç, Wheatstone köprüsü yardımıyla belirlenebilen çok dakikadır (birkaç ohm). Gerinim ölçer, kalan değerler değişmeden bir köprüdeki dört koldan birine yerleştirilir. Bu nedenle,Basınç uygulandığında direnç değiştikçe köprüden geçen akım değişir ve basınç hesaplanabilir.
Gerinim ölçerler büyük ölçüde bir uçak kanadının dayanabileceği basınç miktarını hesaplamak için kullanılır ve ayrıca belirli bir yolda izin verilen araç sayısını ölçmek için de kullanılır.
Yük Hücresi (Ağırlık Sensörü):
Yük hücreleri, kuvvet gibi fiziksel miktarı ölçen ve çıktıyı elektrik sinyalleri şeklinde veren gerinim ölçerlerine benzer. Yük hücresine bir miktar gerilim uygulandığında, yapısı değişir ve dirençte değişikliğe neden olur ve son olarak değeri bir Wheatstone köprüsü kullanılarak kalibre edilebilir. Yük hücresini kullanarak ağırlığın nasıl ölçüleceğine dair proje.
Potansiyometre:
Konumu tespit etmek için bir potansiyometre kullanılır . Genelde, anahtarın farklı kutuplarına bağlı çeşitli direnç aralıklarına sahiptir. Bir potansiyometre döner veya doğrusal tipte olabilir. Döner tipte, döndürülebilen uzun bir mile bir silecek bağlanmaktadır. Mil döndüğünde, sileceğin konumu, sonuçta ortaya çıkan direnç değişecek ve çıkış voltajında değişikliğe neden olacak şekilde değişir. Böylece çıktı, pozisyonundaki değişikliği algılayacak şekilde kalibre edilebilir.
Kodlayıcı:
Konumdaki değişikliği tespit etmek için bir kodlayıcı da kullanılabilir. IR ışınları veya ışık ışınları içinden geçtiğinde sadece birkaç ışık ışını algılanacak şekilde, aralarında belirli açıklıklar bulunan dairesel dönebilir disk benzeri bir yapıya sahiptir. Ayrıca, bu ışınlar, belirli bir konumu temsil eden dijital bir veriye (ikili olarak) kodlanır.
Hall Sensörü:
İsmin kendisi, Hall Etkisi üzerinde çalışan sensör olduğunu belirtir. Akım taşıyan iletkene (elektrik alanının yönüne dik) yakın bir manyetik alan getirildiğinde, verilen iletken boyunca bir potansiyel fark oluştuğunda olarak tanımlanabilir. Bu özelliği kullanarak manyetik alanı algılamak için bir Hall sensörü kullanılır ve voltaj cinsinden çıktı verir. Hall sensörünün, mıknatısın yalnızca bir kutbunu algılayabilmesine dikkat edilmelidir.
Hall sensörü, (içinde mıknatıs bulunan) kapak kapağı ekrana kapatıldığında ekranın kapatılmasına yardımcı olan birkaç akıllı telefonda kullanılır. Kapı Alarmında Hall Etkisi sensörünün pratik bir uygulaması.
Flex Sensör:
FLEX sensörü, şekli değiştiğinde veya büküldüğünde direncini değiştiren bir dönüştürücüdür. Bir FLEX sensörü 2,2 inç uzunluğunda veya parmak uzunluğundadır. Şekilde gösterilmiştir. Basitçe söylemek gerekirse, sensör terminal direnci büküldüğünde artar. Direnişteki bu değişim, biz onları okuyamadığımız sürece bir işe yaramaz. Eldeki kontrolör sadece voltajdaki değişiklikleri okuyabilir ve daha azını okuyamaz, bunun için voltaj bölücü devresi kullanacağız, bununla direnç değişimini voltaj değişimi olarak türetebiliriz. Flex Sensor'ün nasıl kullanılacağı hakkında buradan bilgi edinin.
Mikrofon (Ses Sensörü):
Mikrofon tüm akıllı telefonlarda veya cep telefonlarında görülebilir. Ses sinyalini algılayabilir ve bunları küçük voltajlı (mV) elektrik sinyallerine dönüştürebilir. Bir mikrofon, kondansatör mikrofon, kristal mikrofon, karbon mikrofon vb. Gibi birçok türde olabilir. Her mikrofon türü, sırasıyla kapasitans, piezoelektrik etki, direnç gibi özellikler üzerinde çalışır. Piezoelektrik etki üzerinde çalışan bir kristal mikrofonun işleyişini görelim. Basınç veya titreşim altında orantılı alternatif voltaj üreten bir bimorf kristali kullanılır. Ses sinyali diyaframa çarptığında ileri geri hareket edecek şekilde kristale bir tahrik pimi aracılığıyla bir diyafram bağlanır,bu hareket, kristalde titreşimlere neden olan tahrik piminin konumunu değiştirir, böylece uygulanan ses sinyaline göre alternatif bir voltaj üretilir. Elde edilen voltaj, sinyalin genel gücünü artırmak için bir amplifikatöre beslenir. İşte Mikrofona dayalı çeşitli devreler.
Arduino gibi bir mikrodenetleyici kullanarak Mikrofon değerini Desibel cinsinden de dönüştürebilirsiniz.
Ultrasonik sensör:
Ultrasonik, frekans aralığından başka bir şey ifade etmez. Menzili duyulabilir aralıktan (> 20 kHz) daha fazladır, bu nedenle açık olsa bile bu ses sinyallerini algılayamayız. Yalnızca belirli hoparlörler ve alıcılar bu ultrasonik dalgaları algılayabilir. Bu ultrasonik sensör, ultrasonik verici ile hedef arasındaki mesafeyi hesaplamak ve ayrıca hedefin hızını ölçmek için kullanılır .
Ultrasonik sensör HC-SR04, 2cm-400cm aralığındaki mesafeyi 3mm hassasiyetle ölçmek için kullanılabilir. Bu modülün nasıl çalıştığını görelim. HCSR04 modülü, 'Tetik' pimini yaklaşık 10us için yüksek yaptığımızda, ses hızında 8 döngülü bir sonik patlama gönderecek ve nesneye vurulduktan sonra Yankı pimi tarafından alınacaktır. Ses titreşiminin geri dönme süresine bağlı olarak uygun darbe çıkışı sağlar. Ultrasonik dalganın sensöre geri dönmesi için geçen süreye göre nesnenin mesafesini hesaplayabiliriz. Ultrasonik sensör hakkında daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz.
Ultrasonik sensör ile birçok uygulama vardır. Otomatik arabalar, hareketli robotlar vb. İçin engellerden kaçınabiliriz. Aynı prensip, izinsiz giren füzeleri ve uçakları tespit etmek için RADAR'da da kullanılacaktır. Bir sivrisinek ultrasonik sesleri algılayabilir. Bu nedenle, ultrasonik dalgalar sivrisinek kovucu olarak kullanılabilir.
Dokunma sensörü:
Bu nesilde neredeyse herkesin dokunuşumuzu algılayabilen bir ekran yerine geniş ekrana sahip akıllı telefonlar kullandığını söyleyebiliriz. Öyleyse, bu dokunmatik ekranın nasıl çalıştığını görelim. Temel olarak, direnç tabanlı ve kapasitif tabanlı dokunmatik ekranlar olmak üzere iki tür dokunmatik sensör vardır. Bu sensörlerin nasıl çalıştığını kısaca öğrenelim.
Dokunmatik ekran tabanında bir dirençli tabaka ve bu iki yaprağa uygulanan küçük bir voltaj ile bir hava boşluğuyla ayrılır elek altında iletken tabaka bulunmaktadır. Ekrana bastığımızda veya dokunduğumuzda, iletken tabaka o noktada dirençli levhaya dokunur ve o belirli noktada akım akışına neden olur, yazılım konumu algılar ve ilgili eylem gerçekleştirilir.
Oysa kapasitif dokunuş vücudumuzda bulunan elektrostatik yüke etki eder. Ekran zaten tüm elektrik alanıyla dolu. Ekrana dokunduğumuzda vücudumuzdan geçen elektrostatik yük nedeniyle kapalı bir devre oluşur. Ayrıca, yazılım lokasyona ve yapılacak eyleme karar verir. El eldivenleri taktığınızda kapasitif dokunmatik ekranın çalışmayacağını gözlemleyebiliriz çünkü parmak (lar) ile ekran arasında iletim olmayacaktır.
PIR sensörü:
PIR sensörü, Pasif Kızılötesi sensör anlamına gelir. Bunlar, insanların, hayvanların veya nesnelerin hareketini algılamak için kullanılır . Kızılötesi ışınların yansıma özelliğine sahip olduğunu biliyoruz. Kızılötesi ışın bir nesneye çarptığında, hedefin sıcaklığına bağlı olarak kızılötesi ışın özellikleri değişir, alınan bu sinyal nesnelerin veya canlıların hareketini belirler. Nesnenin şekli değişse bile, yansıyan kızılötesi ışınların özellikleri nesneleri tam olarak ayırt edebilir. İşte tam çalışma veya PIR sensörü.
İvmeölçer (Eğim Sensörü):
Bir ivmeölçer sensörü , belirli bir yöndeki eğimini veya hareketini algılayabilir . Dünyanın yerçekimi nedeniyle oluşan ivme kuvvetine göre çalışır. Küçük iç kısımları o kadar hassastır ki, konumdaki küçük bir dış değişikliğe tepki vereceklerdir. Eğildiğinde kristalde bozulmaya neden olan bir piezoelektrik kristali vardır ve X, Y ve Z eksenine göre kesin konumu belirleyen potansiyel oluşturur.
Bunlar, işlemci kablolarının kırılmasını önlemek için genellikle cep telefonlarında ve dizüstü bilgisayarlarda görülür. Cihaz düştüğünde ivmeölçer düşme durumunu algılar ve yazılıma göre ilgili işlemi yapar. Accelerometer kullanan bazı projeler.
Gaz sensörü:
Endüstriyel uygulamalarda gaz sensörleri , gaz kaçağının tespit edilmesinde önemli bir rol oynar. Bu tür alanlara böyle bir cihaz kurulmazsa, sonuçta inanılmaz bir felakete yol açar. Bu gaz sensörleri, algılanacak gazın türüne göre çeşitli tiplerde sınıflandırılır. Bu sensörün nasıl çalıştığını görelim. Bir metal levhanın altında, kendisine bir akımın uygulandığı terminallere bağlanan bir algılama elemanı vardır. Gaz parçacıkları algılama elemanına çarptığında, kimyasal bir reaksiyona yol açar, öyle ki elemanların direnci değişir ve içinden geçen akım da değişerek sonunda gazı algılayabilir.
Son olarak, sensörlerin yalnızca fiziksel miktarları ölçmek için işimizi kolaylaştırmak için değil, cihazları otomatik hale getirmek için değil, aynı zamanda felaketlerde yaşayan varlıklara yardım etmek için de kullanıldığı sonucuna varabiliriz.