Sensörler, özellikle Robotik ve Otomasyonlarda elektroniğin çok önemli bir parçasıdır. Elektronik cihazlardaki sensörler, insan etkileşimi olmadan cihazları otomatik olarak algılayıp kontrol ederek hayatımızı kolaylaştırır. Yangın sensörü, nem sensörü, hareket sensörü, sıcaklık sensörü, IR sensörü vb. Gibi birçok sensör türü vardır. Bu yazıda IR sensörünün (Kızılötesi sensör) nasıl çalıştığını ve bir IR sensör Modülünün nasıl oluşturulacağını açıklayacağız.
IR sensörü, Uzaktan kumanda sistemi, hareket dedektörü, Ürün sayacı, Hat takipçisi Robotlar, Alarmlar gibi elektronikte birçok uygulamada kullanılan çok popüler bir sensördür.
IR sensörü temelde bir IR LED ve bir Fotodiyot içerir, bu çift genellikle IR çifti veya Photo coupler olarak adlandırılır. IR sensörü, IR LED'in IR radyasyonu yaydığı ve Fotodiyotun IR radyasyonunu algıladığı prensipte çalışır. Fotodiyot direnci, üzerine düşen IR radyasyon miktarına göre değişir, dolayısıyla üzerindeki voltaj düşüşü de değişir ve voltaj karşılaştırıcıyı (LM358 gibi) kullanarak voltaj değişimini algılayabilir ve buna göre çıktı üretebiliriz.
IR LED ve Fotodiyotun yerleştirilmesi iki şekilde yapılabilir: Doğrudan ve Dolaylı. Gelen Doğrudan insidansı, IR LED ve fotodiyot kızılötesi radyasyon can doğrudan fotodiyot üzerine düşer böylece birbirinden önünde tutulur. Aralarına herhangi bir nesne yerleştirirsek, kızılötesi ışığın fotodiyot üzerine düşmesini durdurur.
Ve de dolaylı insidansı, IR LED ve Foto diyot her ikisi de aynı yönde her iki karşı karşıya paralel (yan yana) yerleştirilir. Bu şekilde, bir nesne IR çiftinin önünde tutulduğunda, IR ışığı nesne tarafından yansıtılır ve fotodiyot tarafından emilir. Yansıtma yerine tüm kızılötesi ışığı absorbe edeceği için nesnenin siyah olmaması gerektiğini unutmayın. Genellikle IR çifti, IR sensör Modülünde bu şekilde yerleştirilir.
İçin bir IR modülü kurmak, ağırlıklı olarak ihtiyaç IR çifti (IR LED ve Fotodiyotlu) ve LM358 bazı dirençler ve LED ile.
IR LED
IR LED, Kızılötesi frekans aralığında ışık yayar. Dalga boyu (700nm - 1mm) görünür ışık aralığından çok daha yüksek olduğu için kızılötesi ışık bizim için görünmezdir. Örneğin insan vücudumuz gibi ısı üreten her şey kızılötesi yayar. Kızılötesi, görünür ışık gibi odaklanabilir, yansıtılır ve polarize edilebilir gibi görünür ışıkla aynı özelliklere sahiptir.
IR LED normal bir LED gibi görünür ve ayrıca normal bir LED gibi çalışır, 20mA akım ve 3vots güç tüketir. IR LED'lerin ışık yayma açısı yakl. 20-60 derece ve yakl. birkaç santimetreden birkaç ayağa kadar, kızılötesi vericinin türüne ve üreticiye bağlıdır. Bazı vericiler kilometre cinsinden menzile sahiptir.
PhotoDiode
Fotodiyot, Işığa Bağlı Direnç (LDR) olarak kabul edilir, yani ışık yokluğunda çok yüksek dirence sahip olduğu ve üzerine ışık düştüğünde azaldığı anlamına gelir. Fotodiyot, Ters Eğilimde çalıştırılan bir PN bağlantısına sahip bir yarı iletkendir, Işık üzerine düştüğünde akımı ters yönde iletmeye başladığı anlamına gelir ve akım akışı miktarı Işık miktarıyla orantılıdır. Bu özellik, IR tespiti için kullanışlı hale getirir.
Fotodiyot, dış tarafında Siyah renkli kaplama bulunan bir LED'e benziyor. Aşağıdaki devre şemasında gösterildiği gibi ters taraflı olarak kullanılır.
LM358
LM358 bir işlemsel yükselticidir (Op-Amp) ve bu devrede onu voltaj karşılaştırıcısı olarak kullanıyoruz. LM358, içinde tek PIN ile çalıştırılabilen iki bağımsız voltaj karşılaştırıcısına sahiptir, böylece tek IC'yi iki IR sensör modülü oluşturmak için kullanabiliriz. Burada PIN 2 & 3'te girişleri ve PIN 1'de çıkışı olan tek bir karşılaştırıcı kullandık. Gerilim karşılaştırıcısının iki girişi vardır, biri ters giriş ve ikincisi ters çevirmeyen giriştir (LM358'de PIN 2 ve 3). Tersine çevirmeyen girişteki (+) voltaj, ters girişteki (-) voltajdan yüksek olduğunda, karşılaştırıcının çıkışı (PIN 1) Yüksek olur. Ve ters çevirme girişinin voltajı (-), ters çevirmeyen uçtan (+) daha yüksek ise, çıkış DÜŞÜK olur.
IR sensör Modülü
Bileşenler
- IR çifti (IR LED ve Fotodiyot)
- IC LM358
- Direnç 100, 10k, 330 ohm
- Değişken direnç - 10k
- LED
Bağlantıları IR sensörü devre şemasında görebilirsiniz. Sensörün hassasiyetini ayarlamak için foto diyot ters bias ile bağlanmıştır, LM358'in ters ucu (PIN 2) değişken rezistöre bağlanmıştır. Ve tersine çevrilemeyen uç (PIN 3), fotodiyot ve bir direnç bağlantısına bağlanır.
Devreyi AÇIK konuma getirdiğimizde, fotodiyota doğru IR radyasyonu yoktur ve karşılaştırıcının Çıkışı DÜŞÜK olur. IR çiftinin önüne (siyah değil) bir nesne aldığımızda, IR LED tarafından yayılan IR, nesne tarafından yansıtılır ve fotodiyot tarafından emilir. Şimdi, yansıyan IR Fotodiyot üzerine düştüğünde, fotodiyot üzerindeki voltaj düşer ve seri direnç R2 üzerindeki voltaj artar. Direnç R2'deki voltaj (karşılaştırıcının ters çevirmeyen ucuna bağlı olan), ters çevirme ucundaki voltajdan daha yüksek olduğunda, çıkış YÜKSEK olur ve LED YANAR.
Eşik Gerilimi olarak da adlandırılan ters uçtaki gerilim, değişken direnç düğmesi döndürülerek ayarlanabilir. Ters uçta voltaj yükselir (-), sensöre daha az duyarlıdır ve ters uçta voltajı düşürülür (-), sensör daha hassas olur.
Bu devrenin tamamı, uygun bir profesyonel IR sensör Modülü oluşturmak için PCB üzerine yerleştirilebilir.