Los sensores son una parte muy importante de la electrónica, especialmente en Robótica y Automatizaciones. Los sensores en los dispositivos electrónicos nos facilitan la vida al detectar y controlar automáticamente los dispositivos, sin interacción humana. Hay muchos tipos de sensores como sensor de fuego, sensor de humedad, sensor de movimiento, sensor de temperatura, sensor de infrarrojos, etc. En este artículo, explicaremos sobre el sensor de infrarrojos (sensor de infrarrojos), cómo funciona y cómo construir un módulo de sensor de infrarrojos.
El sensor IR es un sensor muy popular, que se usa en muchas aplicaciones en electrónica, como se usa en el sistema de control remoto, detector de movimiento, contador de productos, robots seguidores de línea, alarmas, etc.
El sensor de infrarrojos consiste básicamente en un LED de infrarrojos y un fotodiodo, este par generalmente se denomina par de infrarrojos o acoplador de fotos. El sensor IR funciona en el principio en el que el LED IR emite radiación IR y el fotodiodo detecta esa radiación IR. La resistencia del fotodiodo cambia de acuerdo con la cantidad de radiación IR que cae sobre él, por lo tanto, la caída de voltaje a través de él también cambia y al usar el comparador de voltaje (como LM358) podemos sentir el cambio de voltaje y generar la salida en consecuencia.
La colocación de LED IR y Fotodiodo se puede realizar de dos formas: Directa e Indirecta. En incidencia directa, el LED IR y el fotodiodo se mantienen uno frente al otro, de modo que la radiación IR pueda caer directamente sobre el fotodiodo. Si colocamos algún objeto entre ellos, detiene la caída de luz IR sobre el fotodiodo.
Y en Incidencia indirecta, tanto el LED IR como el fotodiodo se colocan en paralelo (uno al lado del otro), mirando ambos en la misma dirección. De esa manera, cuando un objeto se mantiene frente al par de infrarrojos, la luz de infrarrojos es reflejada por el objeto y absorbida por el fotodiodo. Tenga en cuenta que el objeto no debe ser negro, ya que absorberá toda la luz IR, en lugar de reflejarse. Generalmente, el par de infrarrojos se coloca de esta manera en el módulo del sensor de infrarrojos.
Para construir un módulo de infrarrojos, principalmente necesitamos un par de infrarrojos (LED de infrarrojos y fotodiodo) y LM358 con algunas resistencias y un LED.
LED IR
IR LED emite luz, en el rango de frecuencia infrarroja. La luz IR es invisible para nosotros ya que su longitud de onda (700 nm - 1 mm) es mucho más alta que el rango de luz visible. Todo lo que produce calor, emite infrarrojos como por ejemplo nuestro cuerpo humano. Los infrarrojos tienen las mismas propiedades que la luz visible, ya que pueden enfocarse, reflejarse y polarizarse como la luz visible.
El LED IR se ve como un LED normal y también funciona como un LED normal, consume 20 mA de corriente y 3 voltios de energía. Los LED IR tienen un ángulo de emisión de luz de aprox. 20-60 grados y rango de aprox. de pocos centímetros a varios pies, depende del tipo de transmisor de infrarrojos y del fabricante. Algunos transmisores tienen el alcance en kilómetros.
PhotoDiode
El fotodiodo se considera una resistencia dependiente de la luz (LDR), lo que significa que tiene una resistencia muy alta en ausencia de luz y se vuelve baja cuando la luz incide sobre él. El fotodiodo es un semiconductor que tiene una unión PN, que funciona en polarización inversa, lo que significa que comienza a conducir la corriente en dirección inversa cuando la luz cae sobre él, y la cantidad de flujo de corriente es proporcional a la cantidad de luz. Esta propiedad lo hace útil para la detección de infrarrojos.
El fotodiodo parece un LED, con un revestimiento de color negro en su lado exterior. Se utiliza en polarización inversa, como se muestra en el diagrama de circuito a continuación.
LM358
LM358 es un amplificador operacional (Op-Amp) y en este circuito lo estamos usando como comparador de voltaje. El LM358 tiene dos comparadores de voltaje independientes en su interior, que se pueden alimentar con un solo PIN, por lo que podemos usar un solo IC para construir dos módulos de sensor IR. Hemos utilizado solo un comparador aquí, que tiene entradas en PIN 2 y 3 y salida en PIN 1. El comparador de voltaje tiene dos entradas, una es entrada inversora y la segunda es entrada no inversora (PIN 2 y 3 en LM358). Cuando el voltaje en la entrada no inversora (+) es mayor que el voltaje en la entrada inversora (-), entonces la salida del comparador (PIN 1) es Alta. Y si el voltaje de la entrada inversora (-) es mayor que el extremo no inversor (+), entonces la salida es BAJA.
Módulo sensor de infrarrojos
Componentes
- Par de infrarrojos (LED de infrarrojos y fotodiodo)
- IC LM358
- Resistencia 100, 10k, 330 ohmios
- Resistencia variable - 10k
- LED
Puede ver las conexiones en el diagrama del circuito del sensor de infrarrojos. El fotodiodo está conectado en polarización inversa, el extremo inverso del LM358 (PIN 2) está conectado a la resistencia variable, para ajustar la sensibilidad del sensor. Y el extremo no inversor (PIN 3) está conectado a la unión del fotodiodo y una resistencia.
Cuando encendemos el circuito no hay radiación IR hacia el fotodiodo y la Salida del comparador es BAJA. Cuando tomamos algún objeto (no negro) frente al par IR, el IR emitido por el LED IR es reflejado por el objeto y absorbido por el fotodiodo. Ahora, cuando el IR reflejado cae en el fotodiodo, el voltaje a través del fotodiodo cae y el voltaje a través de la resistencia en serie R2 aumenta. Cuando el voltaje en el resistor R2 (que está conectado al extremo no inversor del comparador) es más alto que el voltaje en el extremo inversor, entonces la salida se vuelve ALTA y el LED se enciende.
El voltaje en el extremo inversor, que también se denomina voltaje de umbral, se puede configurar girando la perilla del resistor variable. Mayor voltaje en el extremo inversor (-), menos sensible el sensor y menor voltaje en el extremo inversor (-), más sensible el sensor.
Todo este circuito se puede colocar en PCB para construir un módulo sensor IR profesional adecuado.