یکی از سنسورهای پرمصرف در الکترونیک همین سنسور مادن قرمز میباشد و با این که یک سنسور ساده محصوب میشود ولی میتوان با این سنسور پروژه ها ی زیادی را طراحی و راه اندازی کرد.دستگا هایی مانند ریموت کنترل یا ضربان سنج قلب و یا سنجش دور موتور و یا شمارشگر در یک خط تولید و یا شمارش قطرات سرم و یا ربات های تعقیب خط اط جمله مواردی است که در ساخت آنها از سنسور مادون قرمز استفاده میشود.در این مطلب قصد دارم که به طور کامل این سنسور را بررسی و توضیح دهم.
نحوه کار سنسور های مادون قرمز
در طبیعت ما رنگ هایی رو داریم که قابل دیدن هستند مثل : آبی ، زرد ، قرمز ، بنفش ، صورتی و … ، اما رنگ هایی هم وجود دارند که دیده نمیشوند ، به نظر شما در رنگین کمان چند رنگ وجود دارد؟ ۷ رنگ ! بله در رنگین کمان ۷ رنگ وجود داره که دیده میشه ، که عبارت هستند از: قرمز : نارنجی : زرد : سبز : آبی : نیلی : بنفش اما آیا رنگ دیگری وجود ندارد ؟ جواب مثبت است ، دو رنگ دیگر وجود دارد که ما با چشم غیر مصلح ان را نمیبینیم آن رنگها ماواری بنفش (بالاتر از بنفش) و مادون قرمز (پایین تر از قرمز ) است در بازار الکترونیک شما با دیود های نوری به رنگ آبی زرد قرمز و … برخورد کرده اید و حتما از آنها استفاده هم میکنید ، به همین صورت دیود هایی داریم که نور مادون قرمز تولید میکنند که اگر انها را روشن کنید با چشم غیر مصلح دیده نمیشود و حتما باید با دوربین عکاسی یا فیلم برداری به آن نگاه کنیم ؛ به همین ترتیب گیرنده هایی داریم که قادرند نور مادون قرمز و شدت آن را تشخیص دهند که نمایی از شکل ظاهری انها در زیر آمده است.
اگر قبل از روشن کردن قرستنده در مقابل گیرنده با دستگاه مقاومت سنج (اهم متر) مقاومت دو سر گیرنده را اندازه بگیرید میبینید که مقاومت زیادی حدود ۱۰۰ کیلواهم دارد که تقریبا مثل یک کلید باز عمل میکند ولی هنگامی که فرستند را در نزدیکی گیرنده روشن میکنید مقاومت بین پایه های آن کم میشود و تقریبا مثل یک کلید بسته عمل می نماید .در واقع سنسور مشکی که همان گیرنده است مانند یک مقاومت متغیر عمل میکند و هنگام دریافت نور مادون قرمز مقاومتش کم میشود برای بهره گیری از این خاصیت گیرنده میبایست در مدار به نحوی بسته شود که خاصیت مقاومت متغیرش مورد استفاده قرار گیرد:
در شکل بالا میبینیم که سنسور گیرنده به شکل عکس بسته شده است و در واقع از VCC به GND راه نمیدهد و در واقع از خودش یک مقاومت نشان میدهد پس در خروجی یک ولتاژ حاصل از تقسیم مقاومتی بین مقاومت 2.2K و مقاومت حاصل از سنسور IR خواهیم داشت و هرچه مقاومت سنسور کمتر شود ولنتاژ خروجی اقزایش خواهد یافت تا این که به مقدار VCC برسد یعنی ما باید انتظار داشته باشیم ولتاژ خروجی چیزی بین 2 ولت تا VCC باشد.در واقع میتوان همین خروحی را به میکرو بدهیم مانند شکل زیر:
در مدار بالا وقتی مقدار نور IR ارسال شده به گیرنده زیاد شود مقدار ولتاژ خروجی زیاد میشود و این به این معناست که مقدار برگشتی از ADC میکرو افرایش خواهد یافت همانطور که میدانیم مقدار ماکزیمم برای ADC میکروهای AVR برابر 5 ولت است که این 5 ولت به 1024 بخش یا همان 10 بیت دقت ADC میکرو تقسیم میشود پس در صورتی که به پایه adc میکرو 5 ولت داده شود ADC به ما عدد 1024 را خواهد داد.بر اساس اعداد داده شده میتوان تصمیم مناسب را بگیریم.
اتصال خروجی ADC به آپ امپ:
گاهی میخواهیم دقت بیشتر داشته باشیم و همچنین سرعت بالاتری در تشخیص میخواهیم در این حالت استفاده از ADC روش مناسبی نیست زیرا:
- اADCدقت لازم را ندارد و گاهی میخواهیم یک تغییر دقیق را آشکار سازی کنیم مثلاً آشکار سازی یک قطره آب عبوری از مقابل سنسور مادون قرمز
- سرعت ADC پایین است و همچنین مقداری از سرعت CPU را میگیرد
- ADC میکرو نویز پذیر است
دلایل استفاده از آپ امپ:
- سرعت بالا در تشخیص
- دقت بالا در تشخیص
- تقویت سیگنال ورودی
- حذف نویز
توجه:میتوانید مدار زیر را که برای نشان دادن عملکرد ADC تست کنید در مدار زیر یک یخش برای SIMULATION اضافه شده است که فقط برای شبیه سازی است و برای ساخت مدار این بخش اضافی است.