Irセンサーモジュール回路

センサーは、特にロボット工学と自動化において、電子機器の非常に重要な部分です。電子機器のセンサーは、人間の介入なしに機器を自動的に感知して制御することにより、私たちの生活を楽にします。センサーには、火炎センサー、湿度センサー、モーションセンサー、温度センサー、IRセンサーなど、さまざまな種類があります。この記事では、IRセンサー（赤外線センサー）、その仕組み、およびIRセンサーモジュールの構築方法について説明します。

IRセンサーは非常に人気のあるセンサーであり、リモートコントロールシステム、モーション検出器、製品カウンター、ラインフォロワーロボット、アラームなどで使用されるなど、電子機器の多くのアプリケーションで使用されます。

IRセンサーは基本的にIRLEDとフォトダイオードで構成されています。このペアは一般にIRペアまたはフォトカプラと呼ばれます。 IRセンサーは、IR LEDがIR放射を放出し、フォトダイオードがそのIR放射を感知する原理に基づいて動作します。フォトダイオードの抵抗は、それに当たるIR放射の量に応じて変化するため、その両端の電圧降下も変化します。電圧コンパレータ（LM358など）を使用することで、電圧の変化を検出し、それに応じて出力を生成できます。

IR LEDとフォトダイオードの配置は、直接と間接の2つの方法で行うことができます。直接入射、IR LED及びフォトダイオードはIR放射線が直接フォトダイオードに当たることができるように、互いの前に保持されます。それらの間に物体を置くと、フォトダイオードへのIR光の落下が止まります。

また、間接入射では、IR LEDとフォトダイオードの両方が平行に（並んで）配置され、両方が同じ方向を向いています。このように、物体がIRペアの前に置かれると、IR光は物体によって反射され、フォトダイオードによって吸収されます。オブジェクトは、反射するのではなく、すべてのIR光を吸収するため、黒であってはならないことに注意してください。通常、IRペアはこの方法でIRセンサーモジュールに配置されます。

IRモジュールを構築するには、主にIRペア（IR LEDとフォトダイオード）と、いくつかの抵抗とLEDを備えたLM358が必要です。

IR LED

IR LEDは、赤外線周波数の範囲で発光します。IR光は、その波長（700nm – 1mm）が可視光の範囲よりもはるかに高いため、私たちには見えません。熱を発生するものはすべて、たとえば人体のように赤外線を放射します。赤外線は、可視光のように焦点を合わせ、反射し、偏光させることができるなど、可視光と同じ特性を持っています。

IR LEDは通常のLEDのように見え、通常のLEDのように動作し、20mAの電流と3ボルトの電力を消費します。IRLEDの発光角度は約1°です。20〜60度と約の範囲。数センチから数フィート、それはIR送信機のタイプとメーカーによって異なります。一部の送信機の範囲はキロメートル単位です。

フォトダイオード

フォトダイオードは、光依存抵抗（LDR）と見なされます。つまり、光がない場合は非常に高い抵抗を持ち、光が当たると低くなります。フォトダイオードは、PN接合を備えた半導体で、逆バイアスで動作します。つまり、光が当たると逆方向に電流が流れ始め、電流の量は光の量に比例します。この特性により、IR検出に役立ちます。

フォトダイオードはLEDのように見え、外側に黒色のコーティングが施されています。以下の回路図に示すように、逆バイアスで使用されます。

LM358

LM358はオペアンプ（Op-Amp）であり、この回路では電圧コンパレータとして使用しています。LM358の内部には2つの独立した電圧コンパレータがあり、単一のPINから電力を供給できるため、単一のICを使用して2つのIRセンサーモジュールを構築できます。ここでは、PIN 2と3に入力があり、PIN 1に出力があるコンパレータを1つだけ使用しました。電圧コンパレータには2つの入力があり、1つは反転入力で、もう1つは非反転入力です（LM358のPIN 2と3）。非反転入力（+）の電圧が反転入力（-）の電圧よりも高い場合、コンパレータの出力（PIN 1）はHighになります。また、反転入力（-）の電圧が非反転端（+）よりも高い場合、出力はLOWになります。