Cảm biến hồng ngoại là gì?
Cảm biến hồng ngoại sử dụng tia hồng ngoại (IR Sensor) để phát ra và phát hiện lượng ánh sáng hồng ngoại trở lại. Tìm hiểu làm thế nào để sử dụng chúng để phát hiện các đối tượng. Cùng tìm hiểu thêm cảm biến hồng ngoại là gì?
Cảm biến hồng ngoại là gì
Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là một thiết bị điện tử đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh. Bức xạ hồng ngoại đã vô tình được phát hiện bởi một nhà thiên văn học tên là William Herchel vào năm 1800. Trong khi đo nhiệt độ của từng màu ánh sáng (cách nhau bởi một lăng kính), ông nhận thấy rằng nhiệt độ vượt ra ngoài ánh sáng đỏ là cao nhất. IR Sensor là vô hình đối với mắt người, vì bước sóng của nó dài hơn ánh sáng khả kiến (mặc dù nó vẫn nằm trên cùng một phổ điện từ). Bất cứ thứ gì phát ra nhiệt (mọi thứ có nhiệt độ trên năm độ Kelvin ) đều phát ra bức xạ hồng ngoại.
Nhiệt kế hồng ngoại sử dụng cảm biến IR
Có hai loại cảm biến hồng ngoại: chủ động và thụ động. Cảm biến hồng ngoại hoạt động cả phát ra và phát hiện bức xạ hồng ngoại. Cảm biến hồng ngoại chủ động có hai phần: diode phát sáng (LED) và máy thu. Khi một vật thể đến gần cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED sẽ phản xạ khỏi vật thể và được người nhận phát hiện. Cảm biến hồng ngoại hoạt động đóng vai trò là cảm biến tiệm cận và chúng thường được sử dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật (như trong robot).
Cảm biến hồng ngoại thụ động (Pir) chỉ phát hiện bức xạ hồng ngoại và không phát ra từ đèn LED. Cảm biến hồng ngoại thụ động bao gồm:
Nguyên tắc hoạt động
Chúng tôi đã thảo luận về cách một cảm biến ánh sáng hoạt động. Cảm biến hồng ngoại hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánh sáng cụ thể để phát hiện bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại (IR).
Bằng cách sử dụng đèn LED tạo ra ánh sáng có cùng bước sóng với cảm biến đang tìm kiếm, bạn có thể xem cường độ của ánh sáng nhận được. Khi một vật ở gần cảm biến, ánh sáng từ đèn LED bật ra khỏi vật thể và đi vào cảm biến ánh sáng. Điều này dẫn đến một bước nhảy lớn về cường độ, mà chúng ta đã biết có thể được phát hiện bằng cách sử dụng một ngưỡng.
Mô tả hoạt động của một cảm biến hồng ngoại
Phát hiện độ sáng
Vì cảm biến hoạt động bằng cách tìm kiếm ánh sáng phản xạ, có thể có một cảm biến có thể trả về giá trị của ánh sáng phản xạ. Loại cảm biến này sau đó có thể được sử dụng để đo mức độ “sáng” của vật thể. Điều này rất hữu ích cho các nhiệm vụ như theo dõi dòng.
Mô tả hoạt động của một Cảm biến hồng ngoại để đo độ sáng
Sơ đồ thiết kế cảm biến hồng ngoại
Vì cảm biến hồng ngoại sử dụng cảm biến ánh sáng, nên sơ đồ rất giống với cảm biến ánh sáng. Sự khác biệt duy nhất là việc bổ sung đèn LED hồng ngoại và đầu dò hồng ngoại yêu cầu kết nối với 5V và nối đất.
Sơ đồ cảm biến hồng ngoại
Thiết lập Breadboard
Để thiết lập các cảm biến bạn sẽ cần:
- Máy dò hồng ngoại 2x
- 2x đèn LED hồng ngoại trong vỏ
- Điện trở 2x 2kΩ (đỏ-đen-đỏ)
- Điện trở 2x 220Ω (đỏ-đỏ-nâu)
- Dây nhảy màu đỏ 2x
- Dây nhảy màu đen 2x
- Dây nhảy tín hiệu 2x (có thể có bất kỳ màu nào)
Trước tiên, chúng ta cần đảm bảo rằng các đèn LED hồng ngoại nằm trong vỏ của chúng:
1) Chèn IR LED vào phần vỏ lớn hơn với dây dẫn dính ra.
2) Nhấn mạnh đèn LED vào vỏ.
3) Đặt phần vỏ nhỏ hơn trên đèn LED.
Đặt đèn LED hồng ngoại
Bây giờ chúng ta có thể đặt đèn LED IR vào bảng. Lưu ý rằng cực dương (chì dài hơn, cạnh tròn) là cực dương và cực âm (chì ngắn hơn, cạnh phẳng) là cực âm. Đảo ngược cực có thể làm hỏng đèn LED.
 Breadboard ảo với đèn LED IR |  Breadboard với đèn LED hồng ngoại |
Đặt máy dò hồng ngoại
Bây giờ chúng ta có thể đặt Máy dò hồng ngoại vào bảng. Phần giữa của bộ thu phải nằm trên cùng một bus với cực âm của đèn LED (để buộc nó xuống đất).
 Breadboard ảo với thiết bị dò hồng ngoại được thêm vào |  Breadboard với máy dò hồng ngoại |
Điện trở
Hãy nhớ rằng, đèn LED IR vẫn là một dạng của đèn LED và sẽ cần một điện trở để hạn chế dòng điện chạy qua chúng. Điều này đặc biệt quan trọng cần nhớ với đèn LED hồng ngoại vì các bước sóng ánh sáng mà chúng phát ra không thể nhìn thấy bằng mắt người; có thể khó xác định xem họ có làm việc hay không.
 Breadboard ảo có thêm điện trở |  Breadboard với điện trở |
Dây điện
Điều cuối cùng cần làm là nối các đèn LED IR, điện trở và bộ thu IR vào Arduino. Đầu tiên, kết nối các ngạnh + 5v của các máy thu IR (ngạnh phải nếu đối diện với máy thu) bằng các dây màu đỏ. Chúng nên được nối trực tiếp lên cổng +5 volt trên Arduino mà không có điện trở nối tiếp.
Tiếp theo, kết nối các ngạnh mặt đất của các máy thu hồng ngoại (ngạnh giữa), trên cùng một bus với cực âm của đèn LED IR, với cổng GND của Arduino bằng dây màu đen.
Các ngạnh thứ ba, hoặc các ngạnh tín hiệu của các máy thu IR (ngạnh trái nếu đối diện với máy thu) nên được kết nối qua các điện trở 220 ohm với các chân 7 và 8 của Arduino (đầu thu phải trên chân 7, đầu thu bên trái trên chân 8) bằng cách sử dụng dây màu xám.
Cuối cùng, cực dương của đèn LED IR ‘ s nên được chạy qua các điện trở 2k riêng biệt vào cổng 9 bằng cách sử dụng các dây màu vàng. Kiểm tra bảng mạch ảo để đảm bảo mỗi dây được nối chính xác.
 Breadboard ảo có thêm dây |  Breadboard với dây |
So sánh với cảm biến hồng ngoại bình thường
Một cảm biến hồng ngoại bình thường chỉ có thể cho biết nếu một vật thể bị dội ngược lại ánh sáng hồng ngoại. Tuy nhiên, có những lúc bạn cũng cần biết vật thể đó ở bao xa. Đây là nơi mà cảm biến Sharp IR phát huy tác dụng. Cảm biến Sharp có một máy dò đặc biệt không chỉ xác định nếu có ánh sáng, mà còn có thể đo khoảng cách của một vật thể và trả về giá trị tương tự của khoảng cách.
Cảm biến hồng ngoại hoạt động như thế nào
Máy dò trong cảm biến Sharp IR tương tự như cảm biến hình ảnh được tìm thấy trong máy ảnh kỹ thuật số. Do máy dò và đèn LED hồng ngoại có khoảng cách và hướng cố định so với nhau, nên khoảng cách của một vật sẽ ảnh hưởng đến góc mà ánh sáng từ đèn LED IR chiếu vào máy thu. Bằng cách nhìn vào nơi ánh sáng chiếu vào máy dò, có thể tính được góc của ánh sáng và từ góc đó rút ra khoảng cách đến vật thể (tất cả đều được thực hiện bởi chính cảm biến).
Cảm biến Sharp IR có thể phát hiện khoảng cách đối tượng
Bạn đang xem bài viết cảm biến hồng ngoại là gì, hy vọng bạn sẽ có nhiều thông tin hữu ích. Đôi khi cảm biến hồng ngoại cũng được sử dụng thay thế cho cảm biến nhiệt độ trong nhiệt kế hồng ngoại.
Video giới thiệu cảm biến hồng ngoại
