Mạch cảm biến hồng ngoại IR là một phần rất quan trọng của thiết bị điện tử, đặc biệt là trong lĩnh vực Robot và Tự động hóa. Cảm biến trong các thiết bị điện tử giúp cuộc sống của mình trở nên dễ dàng bằng cách tự động cảm nhận và điều khiển các thiết bị mà không cần sự tương tác của con người. Có rất nhiều loại cảm biến như Cảm biến cháy, cảm biến độ ẩm, cảm biến chuyển động, cảm biến nhiệt độ, cảm biến IR… Trong bài viết này, mình sẽ giải thích về cảm biến IR (Cảm biến hồng ngoại), cách hoạt động và cách Mạch cảm biến hồng ngoại IR .
Cảm biến IR là cảm biến rất phổ biến, được sử dụng trong nhiều ứng dụng trong điện tử, như nó được sử dụng trong hệ thống điều khiển từ xa, máy dò chuyển động, bộ đếm sản phẩm , Robot theo đường dây , Báo động, v.v.
Cảm biến IR về cơ bản bao gồm một đèn LED hồng ngoại và một Điốt quang , cặp này thường được gọi là cặp IR hoặc Bộ ghép quang . Cảm biến hồng ngoại hoạt động trên cơ sở chính trong đó đèn LED hồng ngoại phát ra bức xạ hồng ngoại và Điốt quang cảm nhận bức xạ hồng ngoại đó. Điện trở điốt quang thay đổi theo lượng bức xạ IR chiếu vào nó, do đó điện áp rơi trên nó cũng thay đổi và bằng cách sử dụng bộ so sánh điện áp (như LM358), mình có thể cảm nhận sự thay đổi điện áp và tạo ra đầu ra tương ứng.
Việc đặt IR LED và Photodiode có thể được thực hiện theo hai cách: Trực tiếp và Gián tiếp . Trong chế độ Trực tiếp , đèn LED hồng ngoại và điốt quang được giữ ở phía trước của nhau, do đó bức xạ hồng ngoại có thể trực tiếp rơi vào điốt quang. Nếu mình đặt các vật thể nào giữa chúng, thì nó sẽ ngăn chặn sự chiếu xuống của ánh sáng IR trên điốt quang.
Và trong mắc gián tiếp , cả đèn LED hồng ngoại và diode quang đều được đặt song song (cạnh nhau), hướng cả hai về cùng một hướng. Theo cách đó, khi một vật được giữ trước cặp IR, ánh sáng IR sẽ bị vật thể phản xạ và bị photodiode hấp thụ. Lưu ý rằng vật thể không được có màu đen vì nó sẽ hấp thụ tất cả ánh sáng IR, thay vì phản xạ. Nói chung, cặp IR được đặt theo kiểu này trong Mô-đun cảm biến IR.
Để xây dựng một mô-đun IR , mình chủ yếu cần cặp IR (IR LED và Photodiode) và LM358 với một số điện trở và đèn LED.
IR LED
IR LED phát ra ánh sáng, trong dải tần số Hồng ngoại. mình không nhìn thấy ánh sáng hồng ngoại vì bước sóng của nó (700nm – 1mm) cao hơn nhiều so với dải ánh sáng nhìn thấy. Mọi thứ sinh ra nhiệt đều phát ra tia hồng ngoại như cơ thể con người mình. Tia hồng ngoại có các đặc tính giống như ánh sáng nhìn thấy, như nó có thể được hội tụ, phản xạ và phân cực như ánh sáng nhìn thấy.
IR LED trông giống như một đèn LED bình thường và cũng hoạt động như một đèn LED bình thường, nó tiêu thụ dòng điện 20mA và nguồn điện 3vots. Đèn LED hồng ngoại có góc phát ánh sáng xấp xỉ. 20-60 độ và phạm vi khoảng. vài cm đến vài feets, nó phụ thuộc vào loại máy phát IR và nhà sản xuất. Một số máy phát có phạm vi tính bằng km.
PhotoDiode
Điốt quang được coi là Điện trở phụ thuộc vào ánh sáng (LDR), có nghĩa là nó có điện trở rất cao khi thiếu ánh sáng và trở nên yếu khi ánh sáng chiếu vào. Điốt quang là một bóng bán dẫn có tiếp giáp PN, hoạt động theo Phân cực ngược , có nghĩa là nó bắt đầu dẫn dòng điện theo hướng ngược lại khi Ánh sáng chiếu vào nó và lượng dòng điện tỷ lệ với lượng Ánh sáng. Thuộc tính này làm cho nó hữu ích cho việc phát hiện IR.
Điốt quang trông giống như một đèn LED, với lớp phủ màu Đen ở mặt ngoài của nó. Nó được sử dụng trong phân cực đảo , như được hiển thị trong sơ đồ mạch bên dưới.
LM358
LM358 là một âm ly hoạt động (Op-Amp) và trong mạch này, mình đang sử dụng nó như một bộ so sánh điện áp . LM358 có hai bộ so sánh điện áp độc lập bên trong nó, có thể được cấp nguồn bằng mã PIN duy nhất, vì vậy mình có thể sử dụng một IC duy nhất để xây dựng hai mô-đun cảm biến IR. mình chỉ sử dụng một bộ so sánh ở đây, có đầu vào ở mã PIN 2 & 3 và đầu ra ở mã PIN 1. Bộ so sánh điện áp có hai đầu vào, một là đầu vào đảo và thứ hai là đầu vào không đảo (PIN 2 và 3 trong LM358). Khi điện áp ở đầu vào không đảo (+) cao hơn điện áp ở đầu vào không đảo (-), thì đầu ra của bộ so sánh (PIN 1) là Cao. Và nếu điện áp của đầu vào đảo (-) cao hơn đầu không đảo (+), thì đầu ra là THẤP.
Mạch cảm biến hồng ngoại IR
Các linh kiện
- Cặp IR (IR LED và Photodiode)
- IC LM358
- Điện trở 100, 10k, 330 ohm
- Biến trở – 10k
- Đèn LED
Bạn có thể xem các kết nối trong sơ đồ mạch cảm biến IR . Diode quang được kết nối phân cực ngược, đầu đảo của LM358 (PIN 2) được kết nối với biến trở, để điều chỉnh độ nhạy của cảm biến. Và đầu không đảo (PIN 3) được kết nối với đường giao nhau của điốt quang và điện trở.
Khi mình BẬT, mạch không có bức xạ IR hướng tới điốt quang và Đầu ra của bộ so sánh là THẤP. Khi mình chụp một số đối tượng (không phải màu đen) trước cặp IR, thì IR phát ra từ IR LED sẽ bị phản xạ bởi đối tượng và được hấp thụ bởi photodiode. Bây giờ khi IR giảm phản xạ trên Điốt quang, điện áp trên điốt quang giảm xuống và điện áp trên điện trở nối tiếp R2 tăng lên. Khi điện áp tại Điện trở R2 (được kết nối với đầu không đảo của bộ so sánh) cao hơn điện áp ở đầu đảo , khi đó đầu ra trở nên CAO và đèn LED BẬT.
Điện áp ở đầu đảo , còn được gọi là Điện áp ngưỡng , có thể được đặt bằng cách xoay núm của biến trở. Điện áp cao hơn ở đầu đảo (-), cảm biến kém nhạy hơn và Hạ điện áp ở đầu đảo (-), cảm biến nhạy hơn.
