Cảm biến hồng ngoại là gì?

Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là một thiết bị điện tử có khả năng đo và nhận biết bức xạ hồng ngoại ở môi trường xung quanh. Tên tiếng anh của thiết bị này là Passive Infrared (viết tắt: PIR), dịch sát nghĩa tiếng Việt là “hồng ngoại thụ động”.

IR Sensor sẽ phát ra các tia vô hình đối với mắt người do nó có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến. Mọi thứ phát ra nhiệt trên 35 độ C thì đều phát ra bức xạ hồng ngoại.

Phân loại cảm biến hồng ngoại

Thiết bị này được phân thành 2 loại chính là cảm biến hồng ngoại chủ động và thụ động. Cụ thể:

• Cảm biến hồng ngoại chủ động thường được cấu tạo từ 2 phần là máy thu và diode phát sáng (đèn LED). Khi có vật thể vào gần cảm biến thì ánh sáng hồng ngoại của đèn LED phản xạ khỏi vật thể và được phát hiện. Khi hoạt động, cảm biến hồng ngoại đóng vai trò như cảm biến tiệm cận. Chúng thường được trang bị cho các hệ thống nhận biết chướng ngại vật, ví dụ như robot.
• Cảm biến hồng ngoại thụ động là thiết bị không có khả năng tự phát ra tia hồng ngoại. Nó chỉ nhận các tia hồng ngoại được phát ra từ các vật thể khác. Ví dụ như động vật, người hay một nguồn nhiệt bất kỳ nào đó. Sau khi phát hiện nguồn nhiệt, bộ phận cảm biến sẽ phân tích và đưa ra báo động. Nó được gọi là thụ động do chỉ có thể phát hiện mà không phải nguồn phát tia hồng ngoại.

Tìm hiểu nguyên lý cảm biến hồng ngoại hoạt động như thế nào?

Thiết bị sẽ sử dụng một cảm biến để nhận biết bước sóng của ánh sáng chọn tại phổ hồng ngoại. Nó sử dụng đèn LED để tạo ra ánh sáng có cùng bước sóng với cảm biến đang tìm kiếm. Từ đó, bạn có thể biết cường độ của ánh sáng nhận được.

Khi một vật tới gần cảm biến, dòng ánh sáng từ đèn LED sẽ bật ra ngoài vật thể rồi đi vào thiết bị cảm biến ánh sáng. Điều này sẽ làm cường độ có một bước nhảy lớn mà chúng ta có thể biết được bằng cách sử dụng một ngưỡng.

Sơ đồ mạch thiết kế cảm biến hồng ngoại

Do cảm biến này sử dụng cảm biến ánh sáng, thế nên nó có sơ đồ thiết kế giống với sơ đồ của cảm biến ánh sáng. Sự khác biệt duy nhất giữa chúng là cần có thêm đầu dò hồng ngoại nối với 5V, nối đất và đèn LED hồng ngoại. Dưới đây là sơ đồ mạch thiết kế của cảm biến hồng ngoại:

Các bước thiết lập cảm biến hồng ngoại như thế nào?

Để đảm bảo cho việc hoạt động của cảm biến thì ta cần thiết lập một số thứ trước khi sử dụng. Trong phạm vi bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cách lắp đặt cảm biến hồng ngoại dạng linh kiện để phục vụ việc học và nghiên cứu của các bạn nhé! Các bạn cần lưu ý, loại này sẽ khác với cảm biến hồng ngoại hoàn chỉnh được bán trên thị trường.

Thiết lập Breadboard

Trước khi bắt tay vào thiết lập hoạt động của một cảm biến hồng ngoại thì bạn cần chuẩn bị:

• Máy dò hồng ngoại 2x
• 2x đèn LED hồng ngoại trong vỏ
• Dây nhảy màu đỏ 2x
• Dây nhảy màu đen 2x
• Điện trở 2x 2kΩ (màu đỏ-đen-đỏ)
• Điện trở 2x 220Ω (màu đỏ-đỏ-nâu)
• Dây nhảy tín hiệu 2x (chọn màu nào cũng được)

Đối với các đèn LED hồng ngoại, bạn cần đảm bảo rằng chúng nằm bên trong vỏ. Sau khi đã chuẩn bị dụng cụ xong, các bạn thiết lập breadboard theo các bước sau:

• Chèn IR LED vào phần vỏ lớn hơn có dây dẫn nối ra.
• Ấn mạnh đèn LED vào vỏ.
• Sau đó, đặt phần vỏ nhỏ hơn trên đèn LED.

Đặt đèn LED hồng ngoại

Trong bước này, các bạn đặt đèn LED IR vào bảng mạch và cần lưu ý về chân của thiết bị. Cụ thể như sau:

• Cực dương là chân có cạnh tròn và dài hơn
• Cực âm là chân có cạnh phẳng và ngắn hơn

Các bạn tuyệt đối không được đấu dây sai chân của đèn LED. Bởi nếu đấu sai thì sẽ làm hỏng linh kiện.

Đặt máy dò hồng ngoại

Tiếp theo, bạn sẽ máy dò hồng ngoại vào bảng mạch. Phần giữa của bộ thu phải nằm cùng bus với cực âm của đèn LED (để chúng ta buộc nó xuống đất).

Đặt điện trở

Đèn LED IR sẽ cần một điện trở nhằm hạn chế dòng điện chạy qua nó. Điều này cực kỳ quan trọng với đèn LED hồng ngoại vì ta không thể nhìn thấy các bước sóng ánh sáng chúng phát ra bằng mắt thường. Vì thế, ta sẽ rất khó hay không thể xác định được chúng có hoạt động hay không.

Đi dây điện

Cuối cùng, chúng ta sẽ nối các điện trở, đèn LED IR, bộ thu IR vào Arduino. Cách thực hiện cụ thể như sau:

• Trước tiên, bạn cần kết nối các ngạnh +5 volt của các máy thu IR bằng các dây màu đỏ (ngạnh phải nếu đối diện với máy thu). Ta nên nối chúng trực tiếp với cổng +5 volt trên Arduino mà không sử dụng điện trở nối tiếp.
• Sau đó, nối các ngạnh mặt đất (ngạnh giữa) của các máy thu hồng ngoại sao cho cùng bus với cực âm của đèn LED IR, cổng GND của Arduino bằng dây có màu đen.
• Các ngạnh tín hiệu hay ngạnh thứ ba của các máy thu IR (nếu đối diện với máy thu thì là ngạnh trái) nên nối qua các điện trở 220Ω với chân 7, 8 của Arduino. Cụ thể, đầu thu bên phải nối trên chân 7, còn đầu thu bên trái trên chân 8 bằng dây màu xám.
• Cuối cùng, dùng các dây màu vàng để nối cực dương của đèn LED IR ‘ s với điện trở 2k riêng biệt vào cổng 9. Sau đó, bạn cần kiểm tra bảng mạch ảo để đảm bảo mỗi dây đều được nối chính xác.

Tìm hiểu ứng dụng của cảm biến hồng ngoại là gì?

Cảm biến chuyển động trong Smarthome (nhà thông minh)

Hệ sinh thái nhà thông minh – Smarthome sẽ được lắp đặt các cảm biến chuyển động. Các cảm biến chuyển động đó thường là loại cảm biến PIR. Chúng có nhiệm vụ phát hiện ra sự có mặt của con người. Nhờ đó, nhà thông minh có thể bật, tắt đèn, chạy hệ thống an ninh báo động.

Thiết bị truyền lệnh điều khiển

Cảm biến hồng ngoại được sử dụng rất nhiều trong việc truyền mã lệnh. Những thiết bị như điều khiển điều hòa, tivi,… đều dùng cảm biến hồng ngoại.

Các điều khiển (remote) sẽ có nhiệm vụ phát mã lệnh hồng ngoại đi. Còn cảm biến ở thiết bị (điều hòa, tivi,…) sẽ thu tín hiệu và chuyển đổi chúng. Trong trường hợp này, chúng ta đang sử dụng cảm biến hồng ngoại chủ động.

Thiết bị nhìn đêm

Công nghệ hồng ngoại được ứng dụng trong các thiết bị nhìn đêm. Đối với môi trường không có đủ ánh sáng khả kiến, chúng ta không thể nhìn thấy rõ mọi vật. Các thiết bị hỗ trợ nhìn đêm sẽ chuyển đổi các photon ánh sáng ở xung quanh thành electron. Tiếp theo, các thiết bị này khuếch đại chúng thông qua một quá trình hóa học nhằm chuyển đổi chúng thành ánh sáng khả kiến.

Thiên văn học hồng ngoại

Đây là một lĩnh vực trong thiên văn học, chuyên nghiên cứu các vật thể thiên văn có thể nhìn thấy được trong bức xạ hồng ngoại. Người ta có thể làm được điều này bằng cách dùng máy dò trạng thái rắn, kính viễn vọng và hệ thống cảm biến.

Nhờ đó, các nhà thiên văn học sẽ quan sát được những vật thể có phát xạ nhiệt (hồng ngoại). Một số đài quan sát hồng ngoại đã được thiết lập trong không gian. Đó là đài quan sát không gian Herschel, kính thiên văn vũ trụ Spitzer,…

Hệ thống dẫn đường

Đây là hệ thống dẫn đường tên lửa làm việc bằng cách dùng bức xạ điện từ hồng ngoại được phát ra từ mục tiêu để tiến hành theo dõi nó. Các cảm biến được trang bị trên tên lửa sẽ thu nhận các bức xạ này.

Hệ thống tên lửa này có tia hồng ngoại bức xạ mạnh do các vật thể nóng như máy bay, người và xe cộ. Vì thế, nó thường được gọi là “tên lửa tầm nhiệt”.

Lịch sử nghệ thuật và phục hồi

Các nhà sử học nghệ thuật sử dụng phản xạ hồng ngoại để làm xuất hiện các lớp ẩn trong tranh. Kỹ thuật này vô cùng hữu ích trong việc nhận biết một bức tranh thật hay giả.

Ứng dụng trong một số lĩnh vực quan trọng khác

Ngoài những ứng dụng trên, cảm biến hồng ngoại còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như:

• Khí hậu học.
• Máy dò khí.
• Khí tượng học.
• Photobiomodulation.
• Thăm dò dầu khí.
• Phân tích nước.
• Xét nghiệm gây mê.
• An toàn đường sắt.

Như vậy, chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu những kiến thức liên quan đến cảm biến hồng ngoại là gì? Chúng tôi hy vọng rằng, những thông tin này sẽ hữu ích đối với các bạn đọc. Cùng chúng tôi ghé thăm các bài viết khác của mobitool.net để tìm hiểu thêm những kiến thức hữu ích về chủ đề này nhé!

Xem thêm:

• Động cơ giảm tốc: Cấu tạo, phân loại, chức năng, nguyên lý hoạt động
• Van 1 chiều máy nén khí – Vai trò, lắp đặt, nguyên lý hoạt động
• Cách chỉnh áp suất máy rửa xe mini đúng chuẩn kỹ thuật, an toàn cho máy
• Đầu máy rửa xe piston sứ là gì? Có nên lựa chọn sử dụng hay không?
• Tìm hiểu về các loại máy rửa xe dây đai phổ biến trên thị trường