Tia cảm biến hồng ngoại là gì? Nguyên lý và ứng dụng

Trong cuộc sống thì vật lý được áp dụng khắp mọi nơi từ các động cơ đến nhiệt lượng đến ánh sáng âm thanh nhất là điện. Một cái tên khá mới đối với mọi người nhưng nó được đưa vào sử dụng khá lâu đó là SENSOR.

Với các sensor các cảm biến dùng để chuyển đổi các tín hiệu không thuộc điện ra dạng tín hiệu đưa vào mạch điện để xử lý. Có rất nhiều loại sensor đang được sử dụng hiện nay ở mọi nơi. Tuy nhiên, bài viết này sẽ tìm hiểu về loại sensor dùng phát hiện các vật thể nóng có chuyển động gọi à PIR moton detector.

Mục lục

Cảm biến hồng ngoại là gì?

Khi nói về lý thuyết tia hồng ngoại hay được gọi IR Sensor, chúng là một thiết bị điện tử có khả năng do và phát hiện bức xa hồng ngoài xung quanh. Trên thức tế, cảm biến hồng ngoại tên là Passive Infrared, viết tắt là PIR dịch sát nghĩa của nó là “hồng ngoại thụ động“.

IR sensor phát ra các tia vô hình đôi với mặt người không nhìn thấy; vì bước sóng của nó dài hơn ánh sáng khả kiến. Nó có thể phát hiện ra bất cứ thứ gì phát ra nhiệt đều phất ra các bức xạ hồng ngoại.

Hồng ngoại hay còn gọi tia hồng ngoại bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng, nó ngắn hơn tia bức xạ vi ba. Hồng ngoại có bức sóng màu đỏ. Màu đỏ, màu có bước sóng dài nhất trong phổ ánh sáng thường.

Đối với các vật thể có nhiệt độ trên 36 độ điều sẽ phát ra bước sóng hồng ngoại. Cảm biến hồng ngoại phát hiện người được vô tình được pháp hiện bởi thiên văn học William Herschel vào năm 1800. Trong lúc đo nhiệt độ của từng màu ánh sáng, ông nhận được rằng nhiệt độ ánh sáng đỏ cao nhất trong các loại ánh sáng.

Các loại cảm biến hồng ngoại

Có hai loại cảm biến hồng ngoại đó cảm biến dạng chủ động và thụ động. Cảm biến dạng hồng ngoại hoạt động bằng cách phát ra bức xạ hồng ngoại. Cảm biến hồng ngoại chủ động thường cấu tạo 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 được người nhận phát hiện. Cảm biến hồng ngoại hoạt động đóng vai trò 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 có nghĩa là chỉ 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 phát ra tia hồng ngoại nào cả.

Sau khi nhận biết được nguồn nhiệt, bộ phận dựa trên nguyên lý cảm biến vật cản hồng ngoại 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 nguồn phát ra tia hồng ngoại.

Nguyên tắc hoạt động của cảm biến hồng ngoại là gì?

Tia hồng ngoại hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánh sáng nào đó cụ thể để phát hiện bước sóng trong phổ hồng ngoại (IR). Sử dụng đèn LED cũng cách để tạo ra ánh sáng có cùng bước sóng với cảm biến đang tìm.

Nếu một vật ở gần cảm biến, thì ánh sáng từ đèn LED bật ra khỏi vật thể chúng đi vào cảm biến ánh sáng. Dẫn đến một bước nhảy về cường độ, về bước sóng tia hồng ngoại có thể được phát hiện bằng cách sử dụng một ngưỡng nhất định để hoạt động.

Sơ đồ mạch thiết kế cảm biến hồng ngoại:

Vì cảm biến dòng 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. 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 tia hồng ngoại cần thiết lập một vài thứ để đảm bảo được cho hoạt động của thiết bị tốt nhất. Cảm biến có nhiều loại khác nhau và chúng sẽ tùy thuộc vào linh kiện để có thể lắp đặt.

Với một dạng cảm biến hồng ngoại dạng linh kiện tương đôi khác với cảm biến bán bên ngoài thị trường có chức năng cảm biến bằng cấp nguồn:

Thiết lập Breadboard:

Tia hồng ngoại có khả năng thiết lập hoạt động cảm biến hồng ngoại cần có 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)

Cần đảm bảo rằng các đèn LED hồng ngoại:

Đặt IR LED vào phần vỏ lớn hơn với dây dẫn dính ra.
Nhấn đèn LED vào vỏ.
Lắp phần vỏ nhỏ hơn trên đèn LED.

Đặt đèn LED hồng ngoại:

Tiếp theo đặt đèn LED IR vào bảng mạch, lưu ý về chân thiết bị như sau:

Cực dương có chân dài hơn, cạnh tròn
Cực âm cực âm có chân ngắn hơn, cạnh phẳng
Tuyệt đối các bạn không được đấu dây sai chân của LED đâu nhé, như vậy sẽ làm hỏng linh kiện

Đặt máy dò hồng ngoại:

Cách đặt máy dò hồng ngoại vào bảng mạch được ứng dụng nhiều hiện nay. Ở phần giữa của bộ thu phải nằm bên trên cùng một bus với cực âm của đèn LED điều nay giúp buộc nó xuống đất dễ hơn.

Đặt điện trở:

Các đèn LED IR một dạng của đèn LED nên sẽ cần hạn chế dòng điện chạy qua chúng. Cần nhớ đèn LED hồng ngoại vì các bước sóng ánh sáng chúng ta không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Việc tạo ra cũng như rất khó xác định được nó có làm việc hay không.

Đi dây điện:

Cách nối các đèn LED IR, điện trở + bộ thu IR vào Arduino.

Cụ thể như sau:

Trước tiên kết nối các ngạnh + 5v bởi các máy thu IR (ngạnh phải nếu đối diện với máy thu) thể hiện bằng các dây màu đỏ. Nên nối trực tiếp lên cổng + 5 volt trên Arduino khi không có điện trở nối tiếp.

Tiếp đến, thực hiên kết nối các ngạnh mặt đất của máy thu hồng ngoại (ngạnh giữa), cùng một bus cùng với cực âm của đèn LED IR, cùng cổng GND của Arduino bằng dây màu đen.

Các ngạnh thứ ba hoặc ngạnh tín hiệu máy thu IR (ngạnh trái đối diện với máy thu) được kết nối các điện trở 220 ohm với các chân 7, 8 Arduino (đầu thu chân 7, đầu thu bên trái trên chân 8) sử dụng dây màu xám.

Cực dương của đèn LED IR’s tốt nhất được chạy qua các điện trở 2k riêng biệt vào cổng 9 với cách sử dụng các dây màu vàng. Nên kiểm tra bảng mạch ảo để có thể đảm bảo mỗi dây được nối chính xác trước khi đưa vào hoạt động.

Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại:

Các thiết bị có nhiều tính năng nổi bật cũng như tác dụng của tia hồng ngoại của nó đem lại: bật tắt đèn tự động, báo trộm, mở cửa tự động… có sự tham gia của tia cảm biến hồng ngoại.

– Thiết bị chống trộm hồng ngoại cũng được ứng dụng, sử dụng khá nhiều hiện nay. Một trong những cách để có thể nhận biết được trộm vào nhà khi đi ngang qua mắt cảm ứng và xác định vị trí để hút còi. Chủ nhà có thể dễ dàng biết được trộm xâm nhập vào bên trong và xử lý kịp thời.

– Cảm biến hồng ngoại tự động trong các cánh cửa: Chúng được lắp đặt kèm theo các chế độ để tối ưu hóa các hoạt động cho người dùng linh hoạt hơn.

– Cảm biến hồng ngoại tự động bật tắt đèn: chỉ hoạt động khi có người bước mắt hồng ngoại cảm biến sẽ kích hoạt đèn tự động đèn sẽ sáng lên. Chúng dùng để lắp ở các khu vực hang lang và lan can để có thể tiết kiệm điện cho gia đình.

Bạn và gia đình có thể tìm hiể thêm về tác dụng công tắc hành trình

Các ưu nhược điểm khi sử dụng cảm biến hồng ngoại là gì?

Mọi vấn đề cũng như thiết bị đều có ưu, nhược điểm dựa vào đó để có thể giúp kết hợp với nhau để tạo nên một thiết bị hoàn chỉnh. Đối với cảm biến hồng ngoại cũng có ưu nhược để khi sản suất đưa vào ứng dụng trong cuộc sống.

Ưu điểm:

Tia hồng ngoại dùng để làm gì hiện nay chúng được dùng loại đèn có độ nhạy cao. Chúng sẽ có khả năng phát hiện chuyển động nhỏ và có xuyên tường mỏng, gỗ, nhựa,… dùng để chọn làm đèn cảm biến rada. Công nghệ, có góc quét rộng 360 độ không có điểm chết và cảm ứng trong khoảng 6 – 8m. Chúng phụ thuộc vào công nghệ sử dụng rada và nhiệt độ môi trường mà thay đổi.

Các loại hồng ngoại cảm biến này có thể nhận diện được cả chuyển động của người và các loại đồ vật. Hoàn toàn có thể điều chỉnh được góc cảm ứng theo ý muốn của mình và sử sụng vách ngăn để tránh vùng không muốn cảm ứng.

Nhược điểm:

Đối với độ cảm biến rada cũng có nhượt điểm của công nghệ này như dễ bị nhầm lẫn kho phát hiện vật việt chuyển động. Đèn dùng công nghệ có yếu điểm là góc quét nhỏ, có điểm chết, không có thể cảm biến xuyên vật cản. Phạm vị hoạt động cảm biến chỉ 2 – 3m.

Những lưu ý khi lắp đặt, sử dụng cảm biến hồng ngoại:

Điều cần tránh khi lắp đặt tia hồng ngoại người lắp đặt nên biết để tránh các tác tác hại của tia hồng ngoại đến cuốc sống và sức khoẻ của người tiếp xúc:

– Tuyệt đối không hướng mắt sensor về hướng giàn nóng máy lạnh: Bởi giàn nóng máy lạnh khi hoạt động sẽ có nhiệt độ cao, dẫn đến làm nhiễu các tia bức xạ ảnh hưởng đến kết quả ra về không chính xác.

– Tránh đặt trực tiếp với nơi nhiều nắng: Vì tia bức xạ hồng ngoại khiến sensor bị nhiễu bước sóng.

– Không lắp gần các loại dây nguồn điện: Cảm biến PIR cũng một thiết bị điện tử hoạt động ở điện áp thấp nếu lắp ở điện áp cao sẽ có gây nóng -> cháy.

– Không nên lắp mắt cảm biến hướng trực tiếp với nơi hoạt động công cộng có thể làm sai thông báo nếu như hoạt động người đó được cho phép. Các sensor có thể lầm lẫn với các hoạt động và các hành động đột nhập.

– Tuyệt đối không nên lắp các thiết bị cảm biến hồng ngoại ở nhưng nơi rung lắc để giúp chúng có thể hoạt động ổn định hơn.

Một số lưu ý khác:

Với mỗi thiết bị bán ra điều có công suất hoặc công suất biểu khiến khác nhau. Do đó, họ đều có hướng dẫn cũng như các tính năng vị trí lắp đặt cảm biến PIR phụ hợp cho từng thiết bị.

Nếu không để ý, thì người lắp sẽ phạm các lỗi cơ bản dẫn đến thiết bị trả về kết quả sai khi hoạt động. Do đó, người dùng cần lưu ý sau đây:

– Đặt đầu cảm biến tại nơi kẻ đột nhập phải đi qua, hoặc tại nơi tạo ra bẫy với kẻ gian từ đó có thể đột nhập vào.

– Lắp đầu báo với độ cao đúng chuẩn theo quy định hướng dẫn

– Nên tính toán vùng cảm nhận đầu báo phù hợp vùng cần cảm nhận theo yêu cầu.

– Nên tránh vùng khuất (điểm mù) tại nơi lắp đặt, nó sẽ làm đầu báo không thể phát hiện được chuyển động.

– Kiểm tra khả năng cảm nhân lúc hoạt động của đầu báo sau khi lắp đặt dự án.

– Đầu báo động hồng ngoại khá nhạy cảm với năng lượng hồng ngoại, do đó cần tránh các nguồn phát nhiệt. Chúng rất dễ gây ra báo động giả như: Gần cửa, điều hoà, lỗ thoát khí, bếp lửa và ánh sáng mặt trời.

Để biết thêm thông tin về các loại tia sáng và các dạng năng lượng hiện nay trong cuộc sống được ứng dụng như thế nào?. Cùng xem qua các bài viết của phụ kiện lắp điện mặt trời để biết thêm thông tin.

Bài viết tham khảo về cảm biến:

Tìm hiểu về cảm biến quang điện? Các loại cảm biến quang

Máy biến áp là gì? Cấu tạo các loại máy biến áp

Biến áp xung là gì? Nguyên lý, cấu tạo biến áp xung