دائرة وحدة استشعار الأشعة تحت الحمراء

تعد المستشعرات جزءًا مهمًا جدًا من الإلكترونيات ، خاصة في مجال الروبوتات والأتمتة. تجعل المستشعرات في الأجهزة الإلكترونية حياتنا سهلة من خلال استشعار الأجهزة والتحكم فيها تلقائيًا ، دون تفاعل بشري هناك العديد من أنواع المستشعرات مثل مستشعر الحريق ، ومستشعر الرطوبة ، ومستشعر الحركة ، ومستشعر درجة الحرارة ، ومستشعر الأشعة تحت الحمراء وما إلى ذلك. في هذه المقالة ، سنشرح عن مستشعر الأشعة تحت الحمراء (مستشعر الأشعة تحت الحمراء) ، وكيف يعمل وكيف يتم إنشاء وحدة مستشعر الأشعة تحت الحمراء.

مستشعر الأشعة تحت الحمراء هو مستشعر شائع جدًا ، يستخدم في العديد من التطبيقات في مجال الإلكترونيات ، مثل استخدامه في نظام التحكم عن بعد ، وكاشف الحركة ، وعداد المنتجات ، وروبوتات أتباع الخط ، وأجهزة الإنذار وما إلى ذلك.

يتكون مستشعر الأشعة تحت الحمراء بشكل أساسي من IR LED و Photodiode ، ويسمى هذا الزوج بشكل عام زوج IR أو Photo coupler. يعمل مستشعر الأشعة تحت الحمراء على المبدأ الذي ينبعث فيه IR LED إشعاع IR و Photodiode إحساس الأشعة تحت الحمراء. تتغير مقاومة الثنائي الضوئي وفقًا لكمية إشعاع الأشعة تحت الحمراء الساقط عليها ، ومن ثم يتغير أيضًا انخفاض الجهد عبرها وباستخدام مقارنة الجهد (مثل LM358) يمكننا أن نشعر بتغير الجهد وتوليد الناتج وفقًا لذلك.

يمكن وضع IR LED و Photodiode بطريقتين: مباشر وغير مباشر. في الوقوع المباشر ، يتم وضع IR LED و photodiode أمام بعضهما البعض ، بحيث يمكن أن يسقط إشعاع الأشعة تحت الحمراء مباشرة على الثنائي الضوئي. إذا وضعنا أي جسم بينهما ، فإنه يوقف سقوط ضوء الأشعة تحت الحمراء على الثنائي الضوئي.

وفي الحادثة غير المباشرة ، يتم وضع كل من IR LED والصمام الثنائي للصور بالتوازي (جنبًا إلى جنب) ، في مواجهة كلاهما في نفس الاتجاه. بهذه الطريقة ، عندما يتم وضع كائن أمام زوج الأشعة تحت الحمراء ، ينعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء بواسطة الكائن ويتم امتصاصه بواسطة الثنائي الضوئي. لاحظ أن الكائن يجب ألا يكون أسودًا لأنه سيمتص كل ضوء الأشعة تحت الحمراء بدلاً من انعكاسه. بشكل عام يتم وضع زوج الأشعة تحت الحمراء بهذه الطريقة في وحدة مستشعر الأشعة تحت الحمراء.

ل بناء وحدة الأشعة تحت الحمراء ، ونحن بحاجة أساسا IR الزوج (IR LED والثنائي الضوئي) وLM358 مع بعض المقاومات وLED.

الصمام IR

ينبعث IR LED الضوء ، في نطاق تردد الأشعة تحت الحمراء. ضوء الأشعة تحت الحمراء غير مرئي بالنسبة لنا لأن الطول الموجي (700 نانومتر - 1 مم) أعلى بكثير من نطاق الضوء المرئي. كل ما ينتج حرارة ، يصدر الأشعة تحت الحمراء مثل جسم الإنسان على سبيل المثال. الأشعة تحت الحمراء لها نفس خصائص الضوء المرئي ، مثل أنها يمكن أن تركز ، تنعكس ، وتستقطب مثل الضوء المرئي.

يبدو IR LED وكأنه مصباح LED عادي ويعمل أيضًا مثل LED العادي ، ويستهلك تيار 20mA و 3vots الطاقة. تتميز مصابيح LED بالأشعة تحت الحمراء بزاوية انبعاث الضوء تقريبًا. 20-60 درجة ومدى تقريبًا. بضعة سنتيمترات إلى عدة أقدام ، يعتمد ذلك على نوع مرسل الأشعة تحت الحمراء والشركة المصنعة. بعض أجهزة الإرسال لها مدى بالكيلومترات.

PhotoDiode

يعتبر الثنائي الضوئي كمقاوم يعتمد على الضوء (LDR) ، مما يعني أنه يتمتع بمقاومة عالية جدًا في حالة عدم وجود ضوء ويصبح منخفضًا عند سقوط الضوء عليه. الثنائي الضوئي هو أشباه موصلات له تقاطع PN ، يعمل في انحياز عكسي ، ويعني أنه يبدأ في توصيل التيار في الاتجاه العكسي عندما يسقط عليه الضوء ، ويتناسب مقدار التدفق الحالي مع كمية الضوء. هذه الخاصية تجعلها مفيدة للكشف عن الأشعة تحت الحمراء.

يبدو الثنائي الضوئي مثل LED ، مع طلاء أسود اللون على جانبه الخارجي. يتم استخدامه في منحاز عكسي ، كما هو موضح في مخطط الدائرة أدناه.

إل إم 358

LM358 هو مضخم تشغيلي (Op-Amp) وفي هذه الدائرة نستخدمه كمقارن جهد. يحتوي LM358 على مقارنين مستقلين للجهد بداخله ، ويمكن تشغيلهما بواسطة رقم تعريف شخصي واحد ، لذلك يمكننا استخدام IC الفردي لبناء وحدتي مستشعر IR. لقد استخدمنا مقارنًا واحدًا فقط هنا ، والذي يحتوي على مدخلات في PIN 2 و 3 ومخرج في PIN 1. يحتوي مقارن الجهد على مدخلين ، أحدهما مقلوب المدخلات والثاني هو إدخال غير مقلوب (PIN 2 و 3 في LM358). عندما يكون الجهد عند المدخلات غير العاكسة (+) أعلى من الجهد عند عكس المدخلات (-) ، فإن ناتج المقارنة (PIN 1) يكون مرتفعًا. وإذا كان جهد المدخل المقلوب (-) أعلى من الطرف غير المقلوب (+) ، فإن الناتج يكون منخفضًا.

وحدة استشعار الأشعة تحت الحمراء

مكونات

• زوج الأشعة تحت الحمراء (IR LED و Photodiode)
• IC LM358
• مقاوم 100 ، 10 كيلو ، 330 أوم
• مقاوم متغير - 10 كيلو
• يؤدى

يمكنك رؤية التوصيلات في مخطط دائرة مستشعر الأشعة تحت الحمراء. يتم توصيل الصمام الثنائي للصور في انحياز عكسي ، ويتم توصيل نهاية مقلوبة لـ LM358 (PIN 2) بالمقاوم المتغير ، لضبط حساسية المستشعر. والطرف غير المقلوب (PIN 3) متصل بتقاطع الثنائي الضوئي والمقاوم.

عندما نقوم بتشغيل الدائرة ، لا يوجد إشعاع الأشعة تحت الحمراء باتجاه الثنائي الضوئي ويكون ناتج المقارنة منخفضًا. عندما نأخذ شيئًا ما (ليس أسودًا) أمام زوج الأشعة تحت الحمراء ، فإن الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من IR LED تنعكس بواسطة الكائن ويمتصها الثنائي الضوئي. الآن عندما ينعكس الأشعة تحت الحمراء على الصمام الضوئي ، ينخفض ​​الجهد عبر الثنائي الضوئي ، ويزداد الجهد عبر المقاوم المتسلسل R2. عندما يكون الجهد في المقاوم R2 (المتصل بالطرف غير العكسي للمقارن) أعلى من الجهد عند الطرف المقلوب ، يصبح الناتج مرتفعًا ويتم تشغيل LED.

يمكن ضبط الجهد عند الطرف المقلوب ، والذي يسمى أيضًا Threshold Voltage ، عن طريق تدوير مقبض المقاوم المتغير. أعلى الجهد عند الطرف المقلوب (-) ، أقل حساسية للمستشعر وخفض الجهد عند الطرف المقلوب (-) ، أكثر حساسية المستشعر.

يمكن وضع هذه الدائرة بأكملها على PCB لبناء وحدة مستشعر IR احترافية مناسبة.