Os sensores são uma parte muito importante da eletrônica, especialmente em robótica e automação. Sensores em dispositivos eletrônicos facilitam nossa vida ao detectar e controlar automaticamente os dispositivos, sem interação humana. Existem muitos tipos de sensores como sensor de incêndio, sensor de umidade, sensor de movimento, sensor de temperatura, sensor IR etc. Neste artigo, vamos explicar sobre o sensor IR (sensor infravermelho), como ele funciona e como construir um módulo sensor IR.
O sensor IR é um sensor muito popular, que é usado em muitas aplicações em eletrônica, como é usado em sistema de controle remoto, detector de movimento, contador de produtos, robôs seguidores de linha, alarmes etc.
O sensor IR consiste basicamente em um LED IR e um fotodiodo, este par é geralmente chamado de par IR ou acoplador de foto. O sensor IR funciona no princípio em que o LED IR emite radiação IR e o fotodiodo detecta essa radiação IR. A resistência do fotodiodo muda de acordo com a quantidade de radiação IV que incide sobre ele, portanto, a queda de voltagem também muda e usando o comparador de voltagem (como o LM358) podemos sentir a mudança de voltagem e gerar a saída de acordo.
A colocação do LED IV e do Fotodiodo pode ser feita de duas formas: Direta e Indireta. Na incidência direta, o LED IR e o fotodiodo são mantidos em frente um do outro, para que a radiação IR possa incidir diretamente sobre o fotodiodo. Se colocarmos qualquer objeto entre eles, isso interromperá a queda da luz IV no fotodiodo.
E na Incidência Indireta, tanto o LED IV quanto o foto diodo são colocados em paralelo (lado a lado), ambos voltados na mesma direção. Dessa forma, quando um objeto é mantido na frente do par de infravermelho, a luz infravermelha é refletida pelo objeto e absorvida pelo fotodiodo. Observe que o objeto não deve ser preto, pois irá absorver toda a luz infravermelha, em vez de refletir. Geralmente o par IR é colocado desta forma no Módulo sensor IR.
Para construir um módulo IR, precisamos principalmente do par IR (IR LED e Fotodiodo) e LM358 com alguns resistores e um LED.
LED IV
IR LED emite luz, na faixa de freqüência infravermelha. A luz infravermelha é invisível para nós, pois seu comprimento de onda (700 nm - 1 mm) é muito maior do que a faixa de luz visível. Tudo o que produz calor, emite infravermelho, como por exemplo o nosso corpo humano. O infravermelho tem as mesmas propriedades da luz visível, pois pode ser focalizado, refletido e polarizado como a luz visível.
O LED IR se parece com um LED normal e também opera como um LED normal, consome corrente de 20mA e energia de 3vots. Os LEDs IR têm um ângulo de emissão de luz de aprox. 20-60 graus e faixa de aprox. de alguns centímetros a vários pés, depende do tipo de transmissor IR e do fabricante. Alguns transmissores têm alcance em quilômetros.
Foto-diodo
O fotodiodo é considerado um resistor dependente de luz (LDR), significa que tem uma resistência muito alta na ausência de luz e torna-se baixo quando a luz incide sobre ele. Fotodiodo é um semicondutor que possui uma junção PN, operado em polarização reversa, significa que ele começa a conduzir a corrente na direção reversa quando a luz incide sobre ele, e a quantidade de fluxo de corrente é proporcional à quantidade de luz. Esta propriedade é útil para detecção de infravermelho.
O fotodiodo se parece com um LED, com uma cobertura preta em seu lado externo. É usado em polarização reversa, conforme mostrado no diagrama de circuito abaixo.
LM358
O LM358 é um amplificador operacional (Op-Amp) e neste circuito o estamos usando como um comparador de tensão. O LM358 tem dois comparadores de tensão independentes dentro dele, que podem ser alimentados por um único PIN, portanto, podemos usar o único IC para construir dois módulos de sensores IR. Nós usamos apenas um comparador aqui, que tem entradas no PIN 2 e 3 e saída no PIN 1. O comparador de tensão tem duas entradas, uma é a entrada inversora e a segunda é a entrada não inversora (PIN 2 e 3 no LM358). Quando a tensão na entrada não inversora (+) é maior do que a tensão na entrada inversora (-), então a saída do comparador (PIN 1) é Alta. E se a tensão da entrada inversora (-) for maior que a extremidade não inversora (+), a saída será BAIXA.
Módulo sensor IR
Componentes
- Par IR (LED IR e fotodiodo)
- IC LM358
- Resistor 100, 10k, 330 ohm
- Resistência variável - 10k
- CONDUZIU
Você pode ver as conexões no diagrama do circuito do sensor IR. O foto diodo é conectado em polarização reversa, a extremidade invertida do LM358 (PIN 2) é conectada ao resistor variável, para ajustar a sensibilidade do sensor. E a extremidade não inversora (PIN 3) é conectada à junção do fotodiodo e um resistor.
Quando ligamos o circuito, não há radiação IV em direção ao fotodiodo e a saída do comparador é BAIXA. Quando pegamos algum objeto (não preto) na frente do par de infravermelho, o infravermelho emitido pelo LED IV é refletido pelo objeto e absorvido pelo fotodiodo. Agora, quando o IR refletido cai no fotodiodo, a tensão no fotodiodo cai e a tensão no resistor em série R2 aumenta. Quando a tensão no resistor R2 (que está conectado à extremidade não inversora do comparador) fica mais alta do que a tensão na extremidade inversora, a saída torna-se ALTA e o LED LIGA.
A tensão na extremidade invertida, também chamada de tensão limite, pode ser definida girando o botão do resistor variável. Maior a tensão na extremidade inversora (-), menos sensível o sensor e mais baixa a tensão na extremidade inversora (-), mais sensível o sensor.
Todo este circuito pode ser colocado em um PCB para construir um módulo de sensor IR profissional adequado.