רועי אליאסף - חיישן IR

delta-plc-repair-service-500x500.jpg

תיאור פשוט של אופן פעולת הרכיב

החיישן מזהה קרינת אינפרא אדום בסביבתו
דרך גלי אור אינפרא אדום מוחזרים.

טווח שידור הקליטה של החיישן הוא 700
ננומטר עד 1 מילימטר (מ"מ).
המידע המוחזר מהחיישן הוא דיגיטלי. החיישן
פולט 1 (מספר לוגי) (5V) בפלט הדיגיטלי כאשר
אובייקט ממוקם מול החיישן ו0 (מספר לוגי) (0V), כאשר אין אובייקט מול החיישן.

ir-sensor-top-view-illustration-260nw-1514226404.jpg

הסבר פנימי של אופן פעולת הרכיב

ישנם שני סוגים של חיישני אינפרא אדום: פעיל וסביל (active, passive).
חיישני אינפרא אדום פעילים גם פולטים וגם מגלים קרינת אינפרא אדום. חיישני אינפרא אדום פעילים כוללים שני חלקים: מנורה שפולטת אור (משדר) ומקלט. כאשר אובייקט מתקרב לחיישן, הקרינה האינפרא אדומה מהלד משתקפת באובייקט ומתגלה על ידי המקלט. חיישני אינפרא אדומים פעילים משמשים כחיישני קירבה, והם משמשים בדרך כלל במערכות גילוי מכשולים (כגון ברובוטים).

חיישני אינפרא אדום פסיביים (הנקראים PIR) מזהים קרינת אינפרא אדום בלבד ואינם פולטים אותה מהלד.

בדרך כלל משתמשים בחיישני PIR בזיהוי שקשור לתנועה, כמו מערכות אבטחה. כאשר אובייקט זז שיוצר קרינת אינפרא אדום נכנס למקום תחושת החישה של החיישן, הוא שולח אות אלקטרוני למחשב מוטבע (אליו מקודד החיישן), והמחשב מעורר אזעקה.

תמונה רועי מולטיטק.png

קרינת אינפרא-אדום היא קרינה אלקטרומגנטית שאורך הגל שלה ארוך מאור רגיל. התדר של הקרינה הזו הוא מתחת לזה של אור אדום ולכן היא תת-אדומה. פירוש המילה אינפרה (infra) בלטינית הוא "מתחת". מכאן המושג "אינפרא-אדום". 

 

המונח תדר הוא תופעה מחזורית שמציינת את מספר המחזורים שמתבצעים בכל יחידת זמן. לדוגמא,  גוף קשיח שמסתובב
בחופשיות - תדירותו היא מספר הסיבובים שהוא מבצע בכל פרק זמן קבוע.
תדר נמדד בהרץ (Hz).

 

גל הוא התפשטות של הפרעה בשדה. לדוגמה, גל במים הוא הפרעה בגובה המים, גל קול הוא הפרעה בצפיפות האוויר, וגל אלקטרומגנטי הוא הפרעה בשדה החשמלי והמגנטי.

אורך הגל הוא האורך של מחזור אחד
של גל מחזורי. הוא ונמדד במטרים.

Pinout

pin out רועי.png

דיאגרממת חיווט

דיאגרמת חיווט.png

קוד לדוגמה

  1. int IRSensor = 2; // לחבר את החיישן לפין 2 בארדואינו

  2. int LED = 13; // לחבר את נורת הלד לפין בארדואינו 13

  3. void setup() 

  4. {

  5.  pinMode (IRSensor, INPUT); //  מגדירים קלט

  6.  pinMode (LED, OUTPUT); //  מגדרים פלט

  7. }

  8.  

  9. void loop()

  10. {

  11.  int statusSensor = digitalRead (IRSensor);

  12. {

  13.  if (statusSensor == 1)

  14.    digitalWrite(LED, LOW); // אם החיישן מחזיר את הספרה 1, הלד כבוי

  15.  }

  16.  

  17.  else

  18.   {

  19.    digitalWrite(LED, HIGH); // אחרת, הלד דלוק

  20.   }

  21. }

תיאור קוד לדוגמה

בקוד מתואר מצב שבו אם החיישן מחזיר ערך אנלוגי 1 אז מנורת הלד דולקת.
אנחנו מחברים את החיישן ואת הלד לארדואניו (פין 2 ו13), לאחר מכן מגדירים שהחיישן הוא  INPUT (קלט) והלד הוא OUTPUT (פלט).
לאחר שהגדרנו את החלקים, מציבים בloop (לולאה) את הדבר הבא: אם החיישן מחזיר 1אז הלד דולק, אחרת הלד לא דולק. (אם החיישן מחזיר1 אז הלד פולט אור) הקוד הזה יכול לשמש אותנו לקריאה ראשונית של החיישן. יהיה ניתן לראות את הלד דלוק כאשר יש חפץ מול החיישן וכאשר לא יהיה חפץ מול החיישן הלד יהיה כבוי.

 

חלופות לרכיב

לחיישן אינפרא אדום קיימים מספר חלופות.

החלופה הנפוצה ביותר לחיישן אינפרא אדום היא חיישן אולטרסוני (ultrasonic sensor).

HC-SR04 1-1.jpg
hc-sr04-2-800x614.jpg

החיישן אולטרסוני פולט גלי קול בתדר גבוה לעבר אובייקט המטרה ואובייקט היעד מחזיר את גלי הקול חזרה לכיוון החיישן הקולי.

טווח הקליטה שלו הוא 3-350 סמ

חיישן אולטרסוני.webp

יתרונות לחיישן אולטרסוני:

1. לא מושפע מצבע האובייקט ושקיפות מאחר והוא מגלה מרחק דרך גלי קול.

2. עובד טוב במקומות מעורפלים וחשוכים.

3. טווח זיהוי גדול.

 

חסרונות לחיישן אולטרסוני:

1.  לא יכולים לעבוד בוואקום מאחר ואין אוויר שגלי הקול יעברו בו.

2. דיוק החישה נפגע כאשר מדובר בעצמים בעלי מרקמים / משטחים קיצוניים (לדוגמה בד רך).

חיישן זה מודד מרחק במגוון ישומים כגון: חיישנים רובוטיים, מכוניות חכמות (טסלה משתמשת בחיישן אולטרה סאונד כחלק מתוכנית הטייס האוטומטי שלה) וכלי טיס בלתי מאוישים (מל"ט).

חלופות לרכיב

חלופה נוספת היא חיישן מרחק לייזר (LiDAR). 

unnamed.jpg
14032-01.jpg

המשדר במכשיר LiDAR פולט אור לייזר לעבר אובייקט המטרה.
האור של הלייזר משתקף במטרה ומוחזר לחיישן.

20180924191213_YDLidarX4-lektor-TV-novid.jpg

יתרונות לחיישן מרחק לייזר:

1. דיוק וזיהוי. החיישן יכול לזהות מה הוא
   קולט ולמדל מודל תלת מימדי של האובייקט

2. המידע מוחזר מהר מאוד.

 

חסרונות לחיישן מרחק לייזר:

1. השימוש בחיישן זה מצריך ניסיון והבנה רבה בחיישן.

2. מזיק לעין בלתי מזוינת:
    מכשירי LiDAR מתקדמים יותר עשויים להשתמש בפולסים חזקים יותר        אשר עשויים להשפיע ולפגוע בעין האנושית.

שימושים בחיישן מרחק לייזר:

  • מיפוי קרקעות

  • מדידת מרחק

  • ניווט

חלופות לרכיב

חלופה נוספת היא Sharp GP2Y0A21YK

הורדה.jpg

חיישן זה מכונה sharp. הוא גם כן נקרא חיישן מרחק IR כי הוא משתמש בקרן אור אינפרא אדומה שמשתקפת באובייקט במטרה למדוד את מרחקו מהחיישן.

images.jpg

יתרונות לחיישן SHARP:

  1. הקרן אינפרא אדומה מאוד מדוייקת. 

  2. יכול לעבוד בטווח רחב של טמפרטורות.
     

חסרונות לחיישן SHARP:

  1. הקרן קטנה וצרה מאוד כך שקיים סיכוי רב
    שתפספס את המטרה.

  2. טווח קליטה יחסית קטן של עד 30 סנטימטרים.

שגיאות שכדאי להמנע מהן וטיפים מועילים

אור אינפרא אדום מושפע מחפצים קשים (קירות, דלתות), עשן, אבק, ערפל, אור שמש וכו'. בנוסף לכך שהוא אינו עובד דרך קירות או דלתות.

 

גלי אינפרא אדום בעוצמה גבוהה עלול לגרום נזק לעיניים.

חיישן אינפרא אדום עובד בטווח קצר יותר ולכן הביצועים מתדרדרים למרחקים ארוכים יותר.

לוגו חוף השרון.png