Cảm Biến Hồng Ngoại Là Gì? Cách Thiết Lập IR Sensor - Thủy Khí Điện

Chúng ta đã nghe nhắc nhiều lần đến cảm biến hồng ngoại nhưng thực tế nó là thiết bị gì? Ứng dụng ra sao? Nguyên lý làm việc và các bước thiết lập của nó như thế nào thì vẫn là câu hỏi bỏ ngỏ cần tìm lời giải đáp.

1. Cảm biến hồng ngoại là gì?
2. Các loại cảm biến hồng ngoại
3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại
4. Sơ đồ mạch thiết kế cảm biến hồng ngoại
5. Cách thiết lập cảm biến hồng ngoại
   1. 1.Thiết lập Breadboard
   2. 2. Đặt đèn led hồng ngoại
   3. 3. Đặt máy dò hồng ngoại
   4. 4. Đặt điện trở
   5. 5. Đi dây điện
6. Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại
7. Ưu nhược điểm của cảm biến hồng ngoại
8. Những lưu ý khi lắp đặt và dùng cảm biến hồng ngoại
   1. Các vấn đề cần tránh khi lắp đặt
   2. Một số lưu ý khác

Cảm biến hồng ngoại là gì?

Passive Infrared hay IR Sensor chính là 2 cái tên mà người ta thường gọi cho cảm biến hồng ngoại.

Vậy nó là gì? Đó chính là 1 thiết bị điện tử dùng để đo và phát hiện các bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh.

Bức xạ hồng ngoại được phát hiện từ rất sớm, vào những năm 1800 thì ông William Herschel – 1 nhà thiên văn học đã tình cờ nhận thấy.

Khi ông đó nhiệt độ của từng màu ánh sáng, chúng cách nhau bởi 1 lăng kính thì ông thấy nhiệt độ vượt ra ngoài của ánh sáng đó là cao nhất.

Đối với mắt người thì sensor hồng ngoại gần như vô hình. Do bước sóng của nó dài hơn với ánh sáng khả kiến cho dù nó vẫn nằm cùng nhau trên 1 phổ điện từ. Và theo đó, bất kỳ thứ gì phát ra nhiệt đều có thể phát ra bức xạ hồng ngoại.

Người ta phân chia thành 2 loại là thụ động, chủ động. Ngày càng có nhiều hệ thống, thiết bị ứng dụng IR sensor này vào trong hoạt động phát hiện và cảnh báo.

Xem thêm: Cảm biến quang là gì? Cấu tạo, phân loại và ứng dụng

Các loại cảm biến hồng ngoại

Hiện nay, trên thị trường có đầy đủ các loại cảm biến nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng.

Người ta dựa trên hoạt động của nó mà phân chia thành:

+ Cảm biến hồng ngoại chủ động: Loại này thì phát ra và phát hiện ra những bức xạ hồng ngoại. Thường có 2 phần đó là: Máy thu và diode phát sáng hay còn gọi là LED.

Khi có 1 vật thể đến gần cảm biến thì ánh sáng hồng ngoại từ đèn phát ra sẽ phản xạ khỏi vật thể. Chúng sẽ được người nhận phát hiện sau đó.

+ Cảm biến hồng ngoại dạng thụ động: Nó lại khác khi chỉ nhận các tia hồng ngoại phát ra từ các vật thể như 1 nguồn nhiệt bất kỳ, 1 con người, 1 con vật.

Tự bản thân nó không thể phát ra tia hồng ngoại nào. Bộ phận cảm biến sẽ phân tích để xác định chính xác điều kiện báo động sau khi nhận biết chính xác nguồn nhiệt. Đó là lý do mà người ta gọi nó là thụ động. Hay nói cách khách là nó chỉ nhận biết chứ không thể phát ra.

Xem thêm: Cảm biến vị trí là gì? Các loại và ứng dụng Position sensors

Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại

Thiết bị này sẽ hoạt động theo 1 nguyên lý nhất định: Sử dụng 1 cảm biến ánh sáng để có thể phát hiện chính xác các bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại IR.

Sử dụng các đèn LED tạo ra những ánh sáng có cùng bước sóng với cảm biến đang tìm kiếm. Người dùng có thể xem được cường độ của ánh sáng nhận được.

Nếu có 1 vật hay 1 người mà ở gần cảm biến thì ánh sáng từ đèn LED sẽ bật ra khỏi vật thể và đi vào cảm biến ánh sáng. Từ đó, nó sẽ hình thành 1 bước nhảy lớn về cường độ mà thông qua sử dụng 1 ngưỡng nhất định có thể được phát hiện.

Sơ đồ mạch thiết kế cảm biến hồng ngoại

Một số khách hàng sau khi tham khảo đều công nhận sơ đồ thiết bị này giống với các sensor ánh sáng. Bởi vì cả hai đều sử dụng cảm biến ánh sáng tuy nhiên cấu trúc bên trong và phương thức hoạt động hoàn toàn khác biệt.

Nhìn vào sơ đồ thì ta thấy sự khác nhau có thể phân biệt được đó là bổ sung thêm các đèn led hồng ngoại màu sắc, đầu dò hồng ngoại. Chúng yêu cầu nối với nguồn 5v và nối đất.

Dưới đây chính là một sơ đồ thiết kế mạch cảm biến loại hồng ngoại mà khách hàng có thể tham khảo.

Cách thiết lập cảm biến hồng ngoại

1.Thiết lập Breadboard

Đầu tiên thì các kỹ thuật viên sẽ tiến hành thiết lập cá Breadboard và chuẩn bị các thiết bị, phụ kiện như sau:

+ Điện trở 2x 2kΩ (đỏ-đen-đỏ)

+ Điện trở 2x 220Ω (đỏ-đỏ-nâu)

+ Máy dò hồng ngoại 2x

+ Dây nhảy màu đỏ 2x

+ Dây nhảy màu đen 2x

+ Dây nhảy tín hiệu 2x (có bất kỳ màu nào)

+ 2x đèn LED hồng ngoại trong vỏ

Cần phải chắc chắn rằng các đèn LED luôn luôn nằm ở bên trong của vỏ.

Bước 1 là chèn IR Sensor LED vào phần vỏ lớn hơn với dây dẫn điện dính ra.

Bước 2 là nhấn mạnh đèn LED vào vỏ của nó.

Bước 3 là đặt vỏ nhỏ hơn ở trên đèn LED.

2. Đặt đèn led hồng ngoại

Sau đó thì chúng ta đặt các đèn LED IR vào bảng mạch và chú ý hơn về chân của thiết bị:

Cực âm là cực có chân ngắn hơn, cạnh phẳng.

Cực dương là cực có chân dài hơn và cạnh tròn.

Nếu trong quá trình đấu mà bị sai dây hoặc sai chân thì chắc chắn đèn LED sẽ bị ảnh hưởng và có nguy cơ hỏng linh kiện.

3. Đặt máy dò hồng ngoại

Sau khi hoàn thành các bước trên thì người kỹ thuật có thể lắp máy dò hồng ngoài và trong bảng mạch. Sao cho phần giữa của bộ thu luôn luôn nằm trên cùng một bus với cực âm đèn LED IR.

4. Đặt điện trở

Các đèn LED IR là 1 dạng của đèn LED và vì thế mà nó cần 1 điện trở để hạn chế dòng điện đi qua nó. Đèn LED hồng ngoại hoạt động với các bước sóng ánh sáng mà chúng ta không thể nhìn thấy bằng mắt thường nên việc xác định nó có đang làm việc hay không là điều không thể.

5. Đi dây điện

Cuối cùng chính là đi dây điện và thực hiện nối các đèn LED IR, bộ thu và điện trở vào Arduino.

Bước 1: Kỹ thuật viên sẽ kết nối những ngạnh +5V của máy thu IR bằng dây điện màu đỏ. Các ngạnh này nên nối trực tiếp lên cổng +5v trên Arduino mà không sử dụng điện trở nối tiếp.

Bước 2: Kết nối ngạnh mặt đất với ngạnh giữa của các máy thu hồng ngoại trên cùng 1 bus với cực âm của đèn LED IR và cổng GND của Arduino bằng dây màu đen.

Bước 3: Các ngạnh tín hiệu của máy thu IR (ngạnh trái nếu là phía đối diện máy thu) hoặc ngạnh thứ 3 kết nối qua các điện trở 220 ohm với các chân 7 và 8 của Arduino bằng dây màu xám. Chú ý, đầu thu phải trên chân số 7, đầu thu trái bên chân số 8.

Cuối cùng cực dương của đèn LED IR chạy qua các điện trở 2k riêng vào cổng 9 thông qua sợi dây màu vàng. Và người kỹ thuật phải kiểm tra mạch ảo để đảm bảo mỗi dây nối được chính xác nhất.

Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại

Ngày nay, sản phẩm này được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống, ứng dụng để sản xuất các thiết bị kỹ thuật.

Loại IR Sensor này dùng để mở cửa tự động, báo trộm, bật tắt đèn chiếu sáng tự động.

+ Cảm biến trong thiết bị chống trộm: Những thiết bị ứng dụng công nghệ hồng ngoại có thể bảo vệ được gia đình, chống trộm tốt nhất. Thường kẻ gian sẽ đột nhập vào sân vườn, ban công hay nhà. Chúng sẽ di chuyển tại những nơi mà không biết được vị trí của mắt cảm ứng. Cảm biến hoạt động sẽ hú còi báo động cả gia đình biết để đề phòng và đối phó kịp thời nhất.

+ Cảm biến để tắt, bật đèn tự động: Cảm biến sẽ làm cho đèn tự động bật sáng lên khi có người bước vào vùng không gian giới hạn. Người di chuyển đến chỗ nào thì đèn sẽ sáng đến chỗ đó. Nhờ ứng dụng này mà các thiết bị cảm biến hồng ngoại sẽ được lắp tại nhà vệ sinh hay hành lang để giúp chiếu sáng lối đi, không gian đó kịp thời khi có người mà vẫn tiết kiệm điện năng.

+ Cảm biến trong hệ thống cửa tự động: Nó được lắp trong hệ thống cửa để hình thành chế độ đóng mở tự động. Người dùng có thể linh hoạt, tiện lợi khi sử dụng, nhất tại các cửa hàng, siêu thị, quán ăn.

Ngày càng có nhiều hệ thống ứng dụng sensor hồng ngoại để hoạt động nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các khách hàng trong sản xuất, sinh hoạt…

Ưu nhược điểm của cảm biến hồng ngoại

Dù là thiết bị được sử dụng rộng rãi như nó vẫn có các ưu và nhược điểm riêng mà người dùng cần phải tìm hiểu trước khi sử dụng.

Ưu điểm

+ Loại đèn chiếu có công nghệ cảm biến radar thường sẽ có độ nhạy cao, tốt nhất ở thời điểm hiện tại. Người dùng có thể phát hiện được dù là các chuyển động nhỏ nhất xuyên qua vật liệu nhựa, gỗ hay tường mỏng.

Thiết bị có thể đạt được góc quét rộng, không có điểm chết, cảm ứng với khoảng cách 6-8m, độ rộng 360 độ. Đặc điểm nổi bật đó là, đèn không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường nơi nó lắp.

+ Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của IR Sensor thì đèn có thể phân biệt được đâu là chuyển động của đồ vật, đâu là chuyển động của người. Người dùng có thể điều chỉnh được góc cảm ứng theo đúng yêu cầu của mình và sử dụng một số vách ngăn để tránh những vùng, vị trí không cần thiết phải cảm ứng.

Nhược điểm

Nhược điểm đầu tiên cũng chính là ưu điểm của nó, đó là: Độ nhạy cao. Thiết bị sẽ dễ bị nhầm lẫn trong việc phát hiện các vật đang chuyển động.

Thiết bị ứng dụng như đèn công nghệ cảm biến thì nhược điểm đó chính là góc quét không rộng, không cảm biến xuyên vật cản, có điểm chết.

Do phụ thuộc nhiều vào yếu tố nhiệt độ nên trong môi trường có nhiệt độ cao thì nó lại kém nhạy.

Phạm vi của đèn cảm biến bị giới hạn, trong phạm vi 2-3m.

Tìm hiểu thêm: Cảm biến nhiệt độ là gì? Nguyên lý, phân loại và ứng dụng

Những lưu ý khi lắp đặt và dùng cảm biến hồng ngoại

Các vấn đề cần tránh khi lắp đặt

Một số khách hàng phản ánh với chúng tôi về việc sensor của họ hoạt động không hiệu quả. Sau một thời gian kiểm tra thì chúng tôi thấy đa phần các khách hàng đều phạm phải một số sai lầm trong cách lắp. Vậy cần tránh như thế nào?

+ Không hướng mắt của cảm biến về phía cửa sổ có rèm che phủ để tránh báo động giả. Vì khi mở cửa, các nguồn nhiệt bên ngoài xâm nhập vào rèm che gặp gió thổi sẽ gây nhiễu sóng.

+ Không hướng mắt của thiết bị về giàn nóng lạnh. Do dàn này luôn toản ra nhiệt cao, các tia bức xạ hồng ngoại gây nhiễu cảm biến nên làm thiết bị hoạt động không ổn định.

+Không hướng mắt sensor trực tiếp về nơi nhiều ánh nắng. Tia của mặt trời có bức xạ làm thiết bị nhiễu sóng.

+ Không lắp đặt thiết bị loại trong nhà ra ngoài trời bởi vì tính chất của mỗi loại khác nhau. Loại trong nhà không thể chịu được nắng mưa nên khi ở ngoài trời thì lớp vỏ, lăng kính hỏng dần khiến các chức năng hoạt động bị kém đi.

+ Không lắp thiết bị trên tường vì nó dễ rung.

+ Không hướng mắt của sensor ra phía cổng sát đường đi vì nó sẽ báo động giả thường xuyên, khi con người chạy hoặc đi nó sẽ nhận lầm là đột nhập.

+ Không nên đặt thiết bị này gần dây điện (nguồn điện cao áp) vì nó dễ gây chập cháy, nhiễu.

Một số lưu ý khác

Trong những điều mà nhà sản xuất khuyến cáo thì chúng ta cần chú ý đến những vị trí cần tránh khi lắp đặt cảm biến.

Những thông tin này không được chú ý sẽ dẫn đến việc người lắp phạm lỗi. Và các tình huống như cảm biến không hoạt động hay báo động giả.

Vì thế mà chúng ta cần lưu ý một số điều sau:

+ Đặt đầu báo có độ cao đúng như tài liệu kỹ thuật của hãng cung cấp.

+ Nên đặt đầu báo tại nơi mà kẻ trộm có thể đột nhập, đi qua hoặc 1 số nơi tạo ra các bẫy với kẻ gian đó.

+ Tránh đặt thiết bị tại nơi lắp đặt là các điểm mù, vùng khuất cản trở thiết bị hoạt động khiến cho đầu báo không thể phát hiện các chuyển động.

+ Người dùng cần tính toán, cân nhắc các vùng cảm nhận của đầu báo để phù hợp nhất với với vùng cần phải cảm nhận đạt yêu cầu.

+ Tiến hành kiểm tra cơ bản khả năng cảm nhận của đầu báo sau khi đã hoàn thiện việc lắp đặt.

+ Lựa chọn những loại có tích hợp công nghệ giúp phân biệt vật nuôi.

+ Do thiết bị này có đầu báo động hồng ngoại nên sẽ rất nhạy cảm với năng lượng hồng ngoại. Vì thế mà chúng ta nên tránh nơi gần nguồn nhiệt, nơi có thể thường xảy ra báo động giả như lỗ thoát khí, điều hòa, gần cửa ra vào, bếp lửa hay ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp.

Hy vọng về khách hàng có thể trang bị được cho mình những kiến thức cơ bản trong lắp đặt cảm biến hồng ngoại. Nếu có bất kỳ thắc mắc hãy liên hệ với ThuyKhiDien để được giải đáp nhé.

5/5 (1 bình chọn)