센서는 특히 로봇 공학 및 자동화 분야에서 전자 제품의 매우 중요한 부분입니다. 전자 장치의 센서는 인간의 상호 작용없이 장치를 자동으로 감지하고 제어하여 우리 생활을 편하게합니다. 화재 센서, 습도 센서, 모션 센서, 온도 센서, IR 센서 등 다양한 종류의 센서가 있습니다.이 기사에서는 IR 센서 (적외선 센서)에 대해 설명하고 작동 원리와 IR 센서 모듈 을 구축하는 방법에 대해 설명합니다.
IR 센서는 원격 제어 시스템, 동작 감지기, 제품 카운터, 라인 팔로워 로봇, 알람 등에 사용되는 것과 같이 전자 분야의 많은 응용 분야에서 사용되는 매우 인기있는 센서입니다.
IR 센서는 기본적으로 IR LED와 포토 다이오드 로 구성되며,이 쌍을 일반적으로 IR 쌍 또는 포토 커플러 라고 합니다. IR 센서는 IR LED가 IR 방사를 방출하고 포토 다이오드가 IR 방사를 감지하는 원리로 작동합니다. 포토 다이오드 저항은 IR 방사의 양에 따라 변화하므로 전압 강하도 변경되며 전압 비교기 (예: LM358)를 사용하여 전압 변화를 감지하고 그에 따라 출력을 생성 할 수 있습니다.
IR LED 및 포토 다이오드 배치는 직접 및 간접의 두 가지 방법으로 수행 할 수 있습니다. 에 직접 입사, IR LED 및 포토 다이오드가 IR 방사선 수 직접 다이오드 일인되도록, 서로의 앞에 유지된다. 그 사이에 물체를 놓으면 포토 다이오드에서 IR 빛이 떨어지는 것을 막습니다.
그리고 간접 입사 에서 IR LED와 포토 다이오드는 모두 같은 방향으로 평행하게 (나란히) 배치됩니다. 이러한 방식으로 물체가 IR 쌍 앞에 있으면 IR 빛이 물체에 반사되어 포토 다이오드에 흡수됩니다. 물체가 반사되는 대신 모든 IR 빛을 흡수하므로 검은 색이어서는 안됩니다. 일반적으로 IR 쌍은 이러한 방식으로 IR 센서 모듈에 배치됩니다.
IR 모듈 을 구축 하려면 주로 IR 쌍 (IR LED 및 포토 다이오드)과 일부 저항과 LED가있는 LM358 이 필요합니다.
IR LED
IR LED는 적외선 주파수 범위에서 빛을 방출합니다. 적외선은 파장 (700nm – 1mm)이 가시 광선 범위보다 훨씬 높기 때문에 우리에게는 보이지 않습니다. 열을 생성하는 모든 것은 인체처럼 적외선을 방출합니다. 적외선은 가시 광선처럼 초점을 맞추고 반사하고 편광 할 수있는 것처럼 가시광 선과 동일한 특성을 가지고 있습니다.
IR LED는 일반 LED처럼 보이며 일반 LED처럼 작동하며 20mA 전류와 3vots 전력을 소비합니다. IR LED의 발광 각도는 약. 약 20-60도 및 범위. 수 센티미터에서 수 피트까지 IR 송신기의 유형과 제조업체에 따라 다릅니다. 일부 송신기의 범위는 킬로미터입니다.
포토 다이오드
광 다이오드는 LDR (Light Dependent Resistor)로 간주됩니다. 즉, 빛이 없을 때 저항이 매우 높고 빛이 떨어지면 낮아집니다. 포토 다이오드는 PN 접합이있는 반도체 로 Reverse Bias로 동작하며 빛이 떨어질 때 역방향으로 전류가 흐르기 시작하고 전류의 양은 빛의 양에 비례합니다. 이 속성은 IR 감지에 유용합니다.
포토 다이오드는 LED처럼 보이며 바깥쪽에 검정색 코팅이되어 있습니다. 아래의 회로도에 표시된 것처럼 역 바이어스에서 사용됩니다.
LM358
LM358은 연산 증폭기 (Op-Amp) 이며이 회로에서는 전압 비교기 로 사용하고 있습니다. LM358에는 내부에 두 개의 독립적 인 전압 비교기가 있으며 단일 PIN으로 전원을 공급할 수 있으므로 단일 IC를 사용하여 두 개의 IR 센서 모듈을 구축 할 수 있습니다. 여기서는 PIN 2 및 3에 입력이 있고 PIN 1에 출력이있는 하나의 비교기 만 사용했습니다. 전압 비교기는 두 개의 입력을 가지고 있습니다. 하나는 반전 입력이고 두 번째는 비 반전 입력입니다 (LM358의 PIN 2 및 3). 비 반전 입력 (+)의 전압이 반전 입력 (-)의 전압보다 높으면 비교기 (PIN 1)의 출력이 High가됩니다. 그리고 반전 입력 (-)의 전압이 비반 전단 (+)보다 높으면 출력은 LOW가됩니다.
IR 센서 모듈
구성품
- IR 쌍 (IR LED 및 포토 다이오드)
- IC LM358
- 저항기 100, 10k, 330 ohm
- 가변 저항기 – 10k
- LED
IR 센서 회로도 에서 연결을 볼 수 있습니다. 포토 다이오드는 역 바이어스로 연결되고 LM358 (PIN 2)의 반전 끝은 가변 저항에 연결되어 센서의 감도를 조정합니다. 그리고 비 반전 끝 (PIN 3)은 포토 다이오드와 저항의 접합부에 연결됩니다.
회로를 켜면 포토 다이오드로 향하는 IR 방사가없고 비교기의 출력이 LOW입니다. IR 쌍 앞에 어떤 물체 (검은 색 아님)를 가져 가면 IR LED에서 방출되는 IR이 물체에 반사되어 포토 다이오드에 흡수됩니다. 이제 반사 된 IR이 포토 다이오드에 떨어지면 포토 다이오드의 전압이 떨어지고 직렬 저항 R2의 전압이 증가합니다. 비교기의 비반 전단에 연결된 저항 R2의 전압이 반전 단의 전압보다 높아지면 출력이 HIGH가되고 LED가 켜집니다.
역전 전압 (Threshold Voltage 라고도 함) 은 가변 저항기의 노브를 돌려서 설정할 수 있습니다. 반전 끝 (-)에서 전압이 높을수록 센서의 감도가 낮아지고 반전 끝 (-)에서 전압이 낮아지면 센서가 더 민감 해집니다.
이 전체 회로를 PCB에 배치하여 적절한 전문 IR 센서 모듈 을 구축 할 수 있습니다.