Les capteurs sont une partie très importante de l'électronique, en particulier en robotique et en automatisation. Les capteurs des appareils électroniques nous facilitent la vie en détectant et en contrôlant automatiquement les appareils, sans interaction humaine. Il existe de nombreux types de capteurs comme le capteur d'incendie, le capteur d'humidité, le capteur de mouvement, le capteur de température, le capteur IR, etc. Dans cet article, nous expliquerons le capteur IR (capteur infrarouge), comment il fonctionne et comment construire un module de capteur IR.
Le capteur IR est un capteur très populaire, utilisé dans de nombreuses applications en électronique, comme il est utilisé dans les systèmes de contrôle à distance, les détecteurs de mouvement, les compteurs de produits, les robots suiveurs de ligne, les alarmes, etc.
Le capteur IR se compose essentiellement d'une LED IR et d'une photodiode, cette paire est généralement appelée paire IR ou coupleur photo. Le capteur IR fonctionne sur le principe dans lequel la LED IR émet un rayonnement IR et la photodiode détecte ce rayonnement IR. La résistance de la photodiode change en fonction de la quantité de rayonnement infrarouge tombant dessus, par conséquent la chute de tension à travers elle change également et en utilisant le comparateur de tension (comme LM358), nous pouvons détecter le changement de tension et générer la sortie en conséquence.
Le placement de la LED IR et de la photodiode peut être effectué de deux manières: directe et indirecte. En incidence directe, la LED IR et la photodiode sont maintenues l'une en face de l'autre, de sorte que le rayonnement IR peut directement tomber sur la photodiode. Si nous plaçons un objet entre eux, cela arrête la chute de la lumière infrarouge sur la photodiode.
Et dans l' incidence indirecte, la LED IR et la diode photo sont placées en parallèle (côte à côte), face à la fois dans la même direction. De cette façon, lorsqu'un objet est maintenu devant une paire IR, la lumière IR est réfléchie par l'objet et est absorbée par la photodiode. Notez que l'objet ne doit pas être noir car il absorbera toute la lumière infrarouge au lieu d'être réfléchie. Généralement, la paire IR est placée de cette manière dans le module de capteur IR.
Pour construire un module IR, nous avons principalement besoin d'une paire IR (LED IR et photodiode) et LM358 avec quelques résistances et une LED.
LED IR
La LED IR émet de la lumière, dans la plage de fréquence infrarouge. La lumière infrarouge nous est invisible car sa longueur d'onde (700 nm - 1 mm) est beaucoup plus élevée que la plage de lumière visible. Tout ce qui produit de la chaleur émet des infrarouges comme par exemple notre corps humain. L'infrarouge a les mêmes propriétés que la lumière visible, comme il peut être focalisé, réfléchi et polarisé comme la lumière visible.
La LED IR ressemble à une LED normale et fonctionne également comme une LED normale, elle consomme 20mA de courant et 3vots de puissance. Les LED IR ont un angle d'émission de lumière d'env. 20-60 degrés et plage d'env. de quelques centimètres à plusieurs pieds, cela dépend du type d'émetteur IR et du fabricant. Certains émetteurs ont la portée en kilomètres.
PhotoDiode
La photodiode est considérée comme une résistance dépendante de la lumière (LDR), ce qui signifie qu'elle a une résistance très élevée en l'absence de lumière et devient faible lorsque la lumière tombe dessus. La photodiode est un semi-conducteur qui a une jonction PN, fonctionnant en polarisation inverse, signifie qu'il commence à conduire le courant dans le sens inverse lorsque la lumière tombe dessus, et la quantité de courant est proportionnelle à la quantité de lumière. Cette propriété le rend utile pour la détection infrarouge.
La photodiode ressemble à une LED, avec un revêtement de couleur noire sur sa face extérieure. Il est utilisé en polarisation inversée, comme indiqué dans le schéma de circuit ci-dessous.
LM358
LM358 est un amplificateur opérationnel (Op-Amp) et dans ce circuit nous l'utilisons comme comparateur de tension. Le LM358 a deux comparateurs de tension indépendants à l'intérieur, qui peuvent être alimentés par un seul PIN, de sorte que nous pouvons utiliser le CI unique pour construire deux modules de capteurs IR. Nous n'avons utilisé qu'un seul comparateur ici, qui a des entrées sur les broches 2 et 3 et une sortie sur la broche 1. Le comparateur de tension a deux entrées, l'une est une entrée inverseuse et la deuxième est une entrée non inverseuse (broches 2 et 3 dans LM358). Lorsque la tension à l'entrée non inverseuse (+) est supérieure à la tension à l'entrée inverseuse (-), alors la sortie du comparateur (PIN 1) est High. Et si la tension de l'entrée inverseuse (-) est supérieure à l'extrémité non inverseuse (+), alors la sortie est FAIBLE.
Module de capteur IR
Composants
- Paire IR (LED IR et photodiode)
- IC LM358
- Résistance 100, 10k, 330 ohm
- Résistance variable - 10k
- LED
Vous pouvez voir les connexions dans le schéma de circuit du capteur IR. La photodiode est connectée en polarisation inverse, l'extrémité inverseuse du LM358 (PIN 2) est connectée à la résistance variable, pour régler la sensibilité du capteur. Et l'extrémité non inverseuse (PIN 3) est connectée à la jonction de la photodiode et d'une résistance.
Lorsque nous allumons le circuit, il n'y a pas de rayonnement IR vers la photodiode et la sortie du comparateur est FAIBLE. Lorsque nous prenons un objet (pas noir) devant une paire IR, alors l'IR émis par la LED IR est réfléchi par l'objet et absorbé par la photodiode. Maintenant, lorsque l'IR réfléchi tombe sur la photodiode, la tension aux bornes de la photodiode diminue et la tension aux bornes de la résistance série R2 augmente. Lorsque la tension à la résistance R2 (qui est connectée à l'extrémité non inverseuse du comparateur) devient supérieure à la tension à l'extrémité inverseuse, la sortie devient HAUTE et la LED s'allume.
La tension à l'extrémité inverseuse, également appelée tension de seuil, peut être réglée en tournant le bouton de la résistance variable. Plus la tension à l'extrémité inverseuse (-), moins sensible le capteur et abaisser la tension à l'extrémité inverseuse (-), plus sensible le capteur.
L'ensemble de ce circuit peut être placé sur un PCB pour construire un module de capteur IR professionnel approprié.