Chào các bạn,hôm nay mình và các bạn sẽ cùng nhau tìm hiểu về một loại thiết bị cảm biến đặc biệt, đó chính là cảm biến hồng ngoại.
Loại cảm biến này được sử dụng phổ biến trên thị trường hiện nay trong nhiều ứng dụng khác nhau.Thông qua bài viết này mình muốn chia sẻ đến các bạn các kiến thức liên quan như khái niệm về cảm biến hồng ngoại là gì? các loại cảm biến hồng ngoại, Nguyên lý hoạt động cảm biến hồng ngoại- Ứng dụng thực tế cảm biến hồng ngoại? Các ưu nhược điểm khi sử dụng chúng cũng như các thông tin chi tiết liên quan khác. Bây giờ chúng ta bắt đầu nhé!
Tìm hiểu bộ cảm biến hồng ngoại
Cuộc sống của chúng ta tồn tại trong cùng lúc với nhiều thực thể vật lý. Những thứ chúng ta nhận biết được như là các vận động cơ học, tác dụng của nhiệt [nhận biết qua lớp da]; của ánh sáng[nhận biết qua mắt]; của âm thanh [nhận biết qua tai]; của mùi [nhận biết qua mũi]; của vị [nhận biết qua lưỡi]; và nhất là của điện.
Hiện nay, điện tử học là một công cụ phục vụ con người nhiều nhất, chúng ta có radio; cassette, TV, máy ghi hình, máy tính;….
Ưu điểm của các thiết bị điện là xử lý các vấn đề rất nhanh. Nhưng các thiết bị điện thì lại chỉ làm việc với tín hiệu thuộc điện, mà chung quanh chúng ta không phải chỉ có các hiện tượng thuộc điện; mà song song còn rất nhiều hiện tượng phi điện khác đang tồn tại, từ đó người ta nghĩ đến các SENSOR. Sensor là các cảm biến, nó dùng để chuyển đổi các tín hiệu không thuộc điện ra dạng tín hiệu điện. Và đưa vào các dạng mạch điện để xử lý.
Hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu loại sensor dùng phát hiện các vật thể nóng có chuyển động ngang, quen gọi là PIR moton detector.
Cảm biến hồng ngoại là gì?
Cảm biến hồng ngoại tiếng anh là gì? tên tiếng anh của cảm biến hồng ngoại là IR Sensor . Là một thiết bị điện tử dùng để đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh bạn. Thực ra, tên tiếng anh của cảm biến hồng ngoại là Passive Infrared, viết tắt là PIR dịch sát nghĩa là “hồng ngoại thụ động”. Theo nghiên cứu, bức xạ hồng ngoại được nhà thiên văn học William Herchel vô tình phát hiện ra khi ông đo nhiệt độ của từng màu ánh sáng khác nhau vào năm 1800. Lúc này ông nhận thấy được nhiệt độ vượt ra ngoài của ánh sang đỏ là cao nhất.
Mạch hồng ngoại cảm biến phát hiện người [IR Sensor] mắt người không thể nhìn thấy được vì bước sóng của nó rộng hơn ánh sáng khả kiến. Trên thực tế, bất cứ thứ gì phát ra nhiệt và trên 5 độ K thì đều sẽ phát ra bức xạ hồng ngoại.
Hồng ngoại hay còn gọi là tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng và ngắn hơn tia bức xạ Vi ba. Hồng ngoại tức là ngoài bức sóng đỏ. Màu đỏ là màu có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường. Thông thường những vật thể có nhiệt độ trên 35° C sẽ phát ra bước sóng hồng ngoại.
Có mấy loại cảm biến hồng ngoại?
Trên thị trường có hai loại hồng ngoại cảm biến đó là cảm biến dạng chủ động và thụ động.
- Cảm biến hồng ngoại chủ động: hoạt động bằng cách phát ra và phát hiện bức xạ hồng ngoại. Cảm biến hồng ngoại chủ động thường cấu tạo có hai phần: diode phát sáng [LED] và máy thu. Khi vật thể bất kỳ đến gần cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ diode phát sáng sẽ phản xạ ra khỏi vật thể và được người nhận phát hiện ra [ cảm biến vật cản hồng ngoại]. 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].
- Hồng ngoại thụ động đây là cảm biến chỉ phát hiện và nhận các tia hồng ngoại phát ra từ vật thể khác như người, động vật hoặc một nguồn nhiệt bất kỳ, chứ tự nó không thể phát ra tia hồng ngoại được. Sau khi nhận biết được nguồn nhiệt, bộ phận cảm biến của hồng ngoại thụ động sẽ phân tích để xách định điều kiện báo động. Vì thế người ta gọi đó là thụ động, chỉ phát hiện chứ không phải là nguồn phát ra tia hồng ngoại. Cảm biến thụ động được cấu tạo từ 3 phần gồm cảm biến nhiệt điện, bộ lọc hồng ngoại và thấu kính Fresnel.
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến hồng ngoại là gì?
Các loại cảm biến hồng ngoại dựa vào nguyên tắc hoạt động sử dụng một cảm biến ánh sáng cụ thể để phát hiện bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại [IR].
Muốn xem cường độ của ánh sáng nhận được, bạn sử dụng đèn LED tạo ra được ánh sáng có cùng bước sóng với cảm biến hồng ngoại đang tìm kiếm. Khi vật đó đang ở gần cảm biến, ánh sáng từ đèn LED sẽ bật ra khỏi vật thể và đi vào cảm biến ánh sáng. Đây được gọi là một bước nhảy lớn về cường độ, mà chúng ta đã biết có thể được phát hiện bằng cách sử dụng một ngưỡng..
Sơ đồ mạch thiết kế cảm biến hồng ngoại:
Vì bộ hồng ngoại cảm biến sử dụng 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. Các bạn có thể tham khảo mạch thiết kế của cảm biến hồng ngoại dưới đây để có thể hiểu thêm nhé.
Cách thiết lập cảm biến hồng ngoại:
Trước khi sử dụng cảm biến hồng ngoại thì chúng ta cần thiết lập một vài thứ cụ thể để đảm bảo cho việc hoạt động của thiết bị.
Lưu ý: là cảm biến hồng ngoại sẽ có nhiều loại khác nhau. Tuy nhiên phần này mình chỉ đề cập đến cảm biến hồng ngoại dạng linh kiện để các bạn có thể tự học lắp đặt để phục vụ cho việc học hay nguyên cứu nhé. Loại này sẽ khác với một con cảm biến hoàn chỉnh bán ngoài thị trường có chức năng cảm biến hồng ngoại bằng cách cấp nguồn là được.
Thiết lập Breadboard:
Để thiết lập hoạt động của một cảm biến hồng ngoại thì các bạn cần chuẩn bị những thứ như sau:
- 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 thì chúng ta cần đảm bảo rằng các đèn LED hồng ngoại nằm trong vỏ của chúng:
- Chèn IR LED vào phần vỏ lớn hơn với dây dẫn dính ra.
- Nhấn mạnh đèn LED vào vỏ.
- Đặt phần vỏ nhỏ hơn trên đèn LED.
Đặt đèn LED hồng ngoại:
Tiếp theo thì đặt đèn LED IR vào bảng mạch và nên lưu ý về chân của thiết bị như sau:
- Cực dương là chân dài hơn, cạnh tròn
- Cực âm cực âm là chân ngắn hơn, cạnh phẳng
Tuyệt đối không được đấu dây sai chân của LED đâu nhé, như vậy sẽ làm hỏng linh kiện
Đặt máy dò hồng ngoại:
Kế đến đặt máy dò hồng ngoại vào bảng mạch. Phần giữa của bộ thu phải nằm trên cùng một bus với cực âm của đèn LED [để buộc nó xuống đất].
Đặt 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. Chúng ta rất khó xác định được nó có làm việc hay không.
Đi 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 nhé.
Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại:
Như đã đề cập ở trên, cảm biến hồng ngoại là thiết bị có nhiều tính năng nổi bật, giúp ích được rất nhiều trong cuộc sống hàng ngày của con người. Chúng ta có thể kể đến một số ứng dụng tuyệt vời của cảm biến hồng ngoại như sau:
Cảm biến hồng ngoại giúp bật tắt đèn tự động:
Với khả năng bật đèn tự động khi chúng cảm nhận được có người bước vào; thì lúc này cảm biến hồng ngoại sẽ tự động làm cho đèn sáng lên. Đặc biệt, khi người di chuyển đến đâu thì đèn sẽ sáng đến đó. Còn khi chúng không cảm nhận thấy có người thì sẽ tự động tắt. Thông thường cảm biến hồng ngoại sẽ được lắp đặt ở những vị trí như hành lang dùng bật đèn chiếu sáng lối đi hoặc nhà vệ sinh sẽ giúp cho các vị trí này được chiếu sáng. Việc ứng dụng chức năng này cũng giúp tiết kiệm được năng lượng điện tiêu thụ cho gia đình.
Cảm biến hồng ngoại giúp chống trộm:
Các thiết bị chống trộm phổ biến nhất hiện nay thì chống trộm bằng cảm biến hồng ngoại được đánh giá là ưu việt nhất hiện nay. Việc sử dụng thiết bị cảm biến này sẽ bảo vệ được gia đình bạn một cách tốt nhất. Bởi khi đêm đến nếu có trộm bước vào nhà hay chỉ cần đi qua sân vườn, ban công của nhà bạn. Nếu trộm nằm vào tầm ngắm mắt cảm biến hồng ngoại được lắp đặt sẵn thì thiết bị sẽ hú còi, báo động cho chủ nhà biết có trộm để đề phòng và có biện pháp xử lý kịp thời
Cảm biến hồng ngoại giúp mở cửa tự động:
Hiện nay có rất nhiều thiết bị cảm biến hồng ngoại được lắp đặt kèm theo chế độ mở cửa tự động. Giúp cho người dùng trải nghiệm được nhiều tính năng ưu việt tiện lợi và linh hoạt hơn. Thông thường, việc mở cửa tự động sẽ được lắp đặt trong các trung tâm thương mại, khu mua sắm, các tòa chung cư có nhiều người ra vào.
Cảm biến hồng ngoại giúp truyền lệnh điều khiển:
Cảm biến hồng ngoại được ứng dụng rộng rãi trong việc truyền mã lệnh cho các thiết bị thông minh như remote TV, điều hòa,… hay bất cứ thứ gì điều khiển được từ xa. Nguyên lý hoạt động của các remote là phát ra các mã lệnh hồng ngoại. Các cảm biến ở từng thiết bị sẽ thu tín hiệu rồi chuyển đổi nó.
Cảm biến hồng ngoại giúp sáng tạo thiết bị nhìn đêm:
Thiết bị này giúp con người nhìn thấy được vật trong môi trường không đủ ánh sáng khả kiến. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi các photon ánh sáng xung quanh thành các electron. Sau đó là khuếch đại chúng bằng cách sử dụng một quá trình hóa học chuyển đổi thành ánh sáng khả kiến.
Cảm biến hồng ngoại ứng dụng trong thiên văn:
Cảm biến hồng ngoại ứng dụng trong kính viễn vọng, hệ thống cảm biến và máy dò trạng thái rắn. Qua đó các nhà thiên văn học có thể quan sát các vật thể trong vũ trụ. Xem chúng có phát xạ nhiệt, hồng ngoại hay không. Cảm biến hồng ngoại cũng được phát triển cho các đài quan sát hồng ngoại. Hệ thống này đã được thiết lập trong không gian như kính thiên văn vũ trụ Spitzer hay đài quan sát không gian Herschel.
Cảm biến hồng ngoại ứng dụng trong nghệ thuật chế tác và phục hồi tranh ảnh:
Phản xạ hồng ngoại được sử dụng bởi các nhà sử học nghệ thuật để phân tích, nghiên cứu, tiết lộ các lớp ẩn trong tranh. Kỹ thuật phản xạ này rất hữu ích trong việc giúp các nhà nhận định xem xét, đưa ra quyết định xem một bức tranh thật hay là giả. Giúp hạn chế tình trạng làm giả tranh không đáng có.
Ưu nhược điểm cảm biến hồng ngoại
Bất kỳ thiết bị nào được sử dụng trên thế giới này đều có những ưu, nhược điểm nhất định. Và cảm biến hồng ngoại cũng không phải ngoại lệ. Đoạn viết dưới đây sẽ liệt kê một số ưu, nhược điểm của cảm biến hồng ngoại, cụ thể là đèn rada được chúng tôi thống kê nhé!
Ưu điểm của cảm biến hồng ngoại
Đèn rada là loại đèn có độ nhạy rất cao, có khả năng phát hiện ra những chuyển động dù là nhỏ nhất; kể cả những chuyển động xuyên qua lớp tường mỏng, lớp gỗ và nhựa. Đèn rada có góc quét rất rộng, khoảng 360 độ và có độ nhạy cảm ứng lên đến khoảng cách từ 6 đến 8m nên rất thích hợp cho không gian rộng lớn. Đèn cũng không chịu sự chi phối từ nhiệt độ của môi trường xung quanh.
Đối với công nghệ cảm biến hồng ngoại, đèn có có khả năng phân biệt được cả chuyển động của người và đồ vật. Bạn hoàn toàn có thể điều chỉnh được góc cảm ứng theo ý muốn của mình và sử dụng vách ngăn để tránh đi những vùng không muốn cảm ứng.
Nhược điểm của cảm biến hồng ngoại
Độ nhạy cao của cảm biến radar cũng là nhược điểm lớn của công nghệ này vì dễ bị nhầm lẫn khi phát hiện vật chuyển động. Khác với đèn rada hiện đại ở trên, đèn dùng công nghệ cảm biến hồng ngoại lại có rất nhiều yếu điểm là; góc quét nhỏ, có điểm chết, không thể cảm biến xuyên vật cản. Cảm biến hồng ngoại phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ nên tại môi trường có nhiệt độ cao thì đèn càng kém nhạy. Phạm vi đèn cảm biến được nằm trong khoảng từ 2 đến 3m.
Những lưu ý khi lắp đặt và sử dụng cảm biến hồng ngoại:
Các vấn đề cần tránh khi lắp đặt cảm biến hồng ngoại:
- Khi lắp đặt cảm biến hồng ngoại tại giàn nóng máy lạnh thì không hướng mắt sensor về phía giàn nóng máy lạnh khi hoạt động vì chúng có nhiệt độ rất cao, tia bức xạ hồng ngoại phát ra sẽ gây nhiễu cảm biến, khiến cảm biến hoạt động không chính xác.
- Không hướng mắt sensor của cảm biến hồng ngoại về phía cửa sổ có rèm che để tránh báo động giả. Khi cửa sổ mở, nguồn nhiệt ngoài trời sẽ xâm nhập qua rèm che, gặp gió sẽ có thể gây nhiễu cảm biến.
- Không lắp đặt cảm biến PIR trong nhà ra ngoài trời bởi vì cảm biến PIR loại trong nhà không có tính năng chịu mưa nắng nên khi để ngoài trời sẽ dễ bị hỏng khiến chức năng hoạt động kém dần đi.
- Không hướng mắt sensor của cảm biến về nơi có nhiều nắng mặt trời bởi tia nắng có nhiều bức xạ hồng ngoại sẽ khiến sensor bị nhiễu.
- Không nên đặt sensor gần đầu dây điện nguồn bởi vì cảm biến PIR là một thiết bị điện tử, hoạt động ở điện áp thấp mà dây điện nguồn lại có điện áp cao nên bạn cần hạn chế việc đặt gần.
- Không nên hướng mắt sensor ra quá sát phía cổng cạnh đường đi để tránh báo động giả do người đi đường đi ngang qua cổng. Sensor có thể lầm với việc đột nhập.
- Không lắp sensor trên những bức tường không chắc chắn để giúp sensor hoạt động ổn định hơn.
Một số lưu ý khác khi lắp đặt cảm biến hồng ngoại:
Trong hướng dẫn lắp đặt của hầu hết mọi nhà sản xuất cảm biến PIR đều có ghi chú về các vị trí lắp cảm biến cần tránh. Nếu không để ý kỹ, người lắp đặt sẽ dễ phạm phải. Kết quả là cảm biến có khi không hoạt động đúng chức năng, có khi lại báo động giả.
- Đặt đầu báo hiệu đúng với độ cao như tài liệu kỹ thuật hướng dẫn.
- Tính toán sao cho vùng cảm nhận của đầu báo phù hợp với vùng cảm nhận theo yêu cầu được đưa ra.
- Tránh những lắp đặt vào đúng điểm mù khiến đầu báo không thể phát hiện được mục tiêu.
- Kiểm tra khả năng cảm nhận của đầu báo sau khi lắp đặt.
- Do đầu báo hồng ngoại rất nhạy cảm với năng lượng hồng ngoại nên khi lắp đặt cần lưu ý tránh các nguồn phát nhiệt, dễ gây ra báo động giả như điều hoà, lỗ thoát khí, bếp lửa và ánh sáng mặt trời.
Tóm tắt:
Như vậy Dung và các bạn đã hiểu rõ hơn về cảm biến hồng ngoại là gì? Hy vọng bài viết sẽ giúp ích cho những bạn đang cần tìm hiểu. Vì là kiến thức cá nhân và thu thập được trên các trang mạng nên không thể tránh khỏi sai sót, rất mong được sự đóng góp của các bạn để bài viết được hoàn hảo hơn.
Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên Dung không kinh doanh mặt hàng này. Các bạn vui lòng không gọi điện, nhắn tin hỏi hàng. Chúc thành công !