Cảm biến hồng ngoại là gì

Cảm biến hồng ngoại là gì

Cảm biến hồng ngoại là công nghệ được ứng dụng ngày càng nhiều trong công việc và trong đời sống. Vậy cảm biến hồng ngoại là gì? Nguyên lý hoạt động ra sao? Ứng dụng thực tế và những lưu ý gì khi sử dụng loại cảm biến này là gì? Cùng tìm hiểu qua bài viết sau.

1. Cảm biến hồng ngoại là gì?

Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là một thiết bị điện tử có khả năng đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh. Với bước sóng dài hơn so với ánh sáng khả kiến, cảm biến hồng ngoại phát ra các tia vô hình đối với mắt người. Bất cứ thứ gì phát ra nhiệt đều sẽ tỏa ra bức xạ hồng ngoại.

cam bien hong ngoai la gi 1
Cảm biến hồng ngoại là gì

Được phát hiện vào năm 1800 bởi nhà thiên văn học William Herschel, tia hồng ngoại là loại bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn so với ánh sáng và có bước sóng ngắn hơn tia bức xạ Ultraviolet. Từ “hồng ngoại” nghĩa là nằm ngoài phạm vi của bức sóng màu đỏ. Trong quang phổ ánh sáng, màu đỏ có bước sóng dài nhất. Thông thường, các vật thể có nhiệt độ trên 35°C sẽ phát ra bức xạ hồng ngoại.

cam bien hong ngoai la gi 3
Tia hồng ngoại là loại bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn so với ánh sáng và có bước sóng ngắn hơn tia bức xạ Ultraviolet

2. Phân loại cảm biến hồng ngoại

Hiện nay, có hai loại cảm biến hồng ngoại phổ biến là cảm biến dạng chủ động và cảm biến dạng thụ động.

2.1 Cảm biến hồng ngoại chủ động

Cảm biến hồng ngoại chủ động hoạt động bằng cách phát ra và phát hiện bức xạ hồng ngoại. Thường được cấu tạo từ hai phần chính là đèn phát sáng (LED) và máy thu. Khi một vật thể tiếp cận cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED sẽ phản xạ từ vật thể, sau đó được cảm biến thu nhận và phát hiện.

cam bien hong ngoai la gi 4
Có hai loại cảm biến hồng ngoại phổ biến là cảm biến dạng chủ động và cảm biến dạng thụ động

2.2 Cảm biến hồng ngoại thụ động

Cảm biến hồng ngoại dạng thụ động chỉ nhận các tia hồng ngoại được phát ra từ các vật thể khác như con người, động vật hoặc một nguồn nhiệt bất kỳ. Nó không tự phát ra tia hồng ngoại. Bộ phận cảm biến sẽ phân tích và xác định điều kiện báo động sau khi nhận biết được nguồn nhiệt. Do đó, nó được gọi là cảm biến hồng ngoại dạng thụ động. Chúng chỉ phát hiện và không phải là nguồn phát tia hồng ngoại.

3. Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại

Ngày nay, cảm biến hồng ngoại được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng của cảm biến hồng ngoại mà chúng tôi muốn chia sẻ với bạn đọc:

1. Giúp bật tắt đèn tự động: Với chức năng bật đèn tự động hiện đại, cảm biến hồng ngoại sẽ tự động kích hoạt đèn khi có người tiếp cận. Đèn sẽ tự động sáng theo vị trí người di chuyển trong phạm vi cảm biến.

cam bien hong ngoai la gi 5
Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại

2. Giúp chống trộm: Cảm biến hồng ngoại là một giải pháp hiệu quả trong việc chống trộm và bảo vệ an ninh gia đình. Khi có người xâm nhập vào khu vực được giám sát vào ban đêm, cảm biến sẽ phát hiện và kích hoạt cảnh báo. Điều này giúp chủ nhà nhận biết sự xâm nhập và có biện pháp xử lý kịp thời.

3. Giúp mở cửa tự động: Cảm biến hồng ngoại được sử dụng để kích hoạt chế độ mở cửa tự động. Điều này mang lại sự thuận tiện và linh hoạt cho người dùng khi sử dụng và lắp đặt các thiết bị.

4. Ưu nhược điểm khi sử dụng cảm biến hồng ngoại

4.1 Ưu điểm của cảm biến hồng ngoại

Nếu bạn muốn sử dụng loại đèn có độ nhạy cao, có khả năng phát hiện chuyển động nhỏ xuyên qua tường mỏng, gỗ, nhựa…, thì bạn có thể chọn loại đèn sử dụng công nghệ cảm biến radar. Với công nghệ này, ưu điểm của nó là đèn có góc quét rộng, 360 độ, không có điểm chết và có khả năng cảm ứng trong khoảng cách từ 6 đến 8 mét. Đèn áp dụng công nghệ radar sẽ không phụ thuộc nhiều vào cảm biến nhiệt độ môi trường.

Đối với công nghệ cảm biến hồng ngoại, ưu điểm của nó là đèn có khả năng phân biệt chuyển động của cả người và đồ vật. Bạn hoàn toàn có thể dễ dàng điều chỉnh góc cảm ứng theo ý muốn. Ngoài ra, có thể sử dụng vách ngăn để tránh vùng không muốn cảm ứng.

cam bien hong ngoai la gi 6
Ưu điểm của cảm biến hồng ngoại

4.2 Nhược điểm của cảm biến hồng ngoại

Độ nhạy cao của cảm biến radar đôi khi cũng là một nhược điểm lớn của công nghệ này. Bởi vì chúng dễ bị nhầm lẫn khi phát hiện vật chuyển động. Đèn sử dụng công nghệ cảm biến hồng ngoại có nhược điểm lớn là góc quét nhỏ, có điểm chết và không thể cảm biến xuyên qua vật cản. Chính vì công nghệ này phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ để cảm biến, nên trong môi trường có nhiệt độ cao, đèn sẽ càng kém nhạy. Phạm vi cảm biến của đèn chỉ trong khoảng từ 2 đến 3 mét.

cam bien hong ngoai la gi 7
Nhược điểm của cảm biến hồng ngoại

5. Cách thiết lập cảm biến hồng ngoại

Chuẩn bị

  • Máy dò hồng ngoại 2x.
  • 2x đèn LED hồng ngoại ở 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 lựa chọn bất kỳ màu nào).

Bước 1: Thiết lập Breadboard

Trước tiên, cần đảm bảo rằng các đèn LED hồng ngoại nằm trong vỏ của chúng:

  • Chèn IR LED vào phần vỏ lớn hơn so với dây dẫn dính ra.
  • Nhấn mạnh đèn LED vào vỏ.
  • Đặt phần vỏ nhỏ hơn lên trên đèn LED.

Bước 2: Đặt đèn LED hồng ngoại

Tiếp theo là bạn đặt đèn LED IR vào bảng mạch. Trong quá trình đó bạn nên lưu ý về chân của thiết bị như sau:

  • Cực dương là cực có chân dài hơn và cạnh tròn.
  • Cực âm cực âm là cực có chân ngắn hơn và cạnh phẳng.
  • Tuyệt đối bạn không được đấu dây sai chân của LED vì như vậy sẽ làm hỏng linh kiện.

Bước 3: Đặt máy dò hồng ngoại

Phần giữa của bộ thu phải được nằm trên cùng một bus với cực âm của đèn LED.

Bước 4: Đặt điện trở

Cần lưu ý rằng đèn LED hồng ngoại vẫn thuộc loại đèn LED. Và chúng yêu cầu một resistor để hạn chế dòng điện đi qua. Điều này đặc biệt quan trọng đối với đèn LED hồng ngoại mà bạn cần nhớ. Vì các bước sóng ánh sáng mà chúng phát ra không thể nhìn thấy bằng mắt người. Chúng ta không thể hoặc rất khó để xác định liệu nó đang hoạt động hay không.

Bước 5: Đi dây điện

Quy trình cuối cùng bạn cần thực hiện là kết nối các đèn LED hồng ngoại, điện trở và cảm biến IR vào Arduino. Dưới đây là cách kết nối chi tiết:

1. Đầu tiên, nối các chân dương (+5V) của các cảm biến IR (chân phải nếu đối diện với cảm biến) bằng các dây màu đỏ. Chúng cần được kết nối trực tiếp vào chân +5V trên Arduino mà không cần sử dụng điện trở nối tiếp.

2. Tiếp theo, nối các chân đất (GND) của các cảm biến IR (chân ở giữa) cùng một bus với chân âm của đèn LED hồng ngoại, và nối chúng với chân GND của Arduino bằng dây màu đen.

3. Các chân tín hiệu (chân trái nếu đối diện với cảm biến) của các cảm biến IR nên được nối qua các điện trở có giá trị 220 ohm với chân 7 và 8 của Arduino (chân phải nằm trên chân 7 và chân trái nằm trên chân 8) bằng dây màu xám.

4. Cuối cùng, cực dương của đèn LED hồng ngoại nên được nối qua các điện trở riêng biệt có giá trị 2k vào chân 9 của Arduino bằng dây màu vàng. Hãy kiểm tra mạch ảo để đảm bảo rằng mỗi dây được kết nối đúng vị trí.

Lưu ý: Đây chỉ là hướng dẫn chung và có thể thay đổi tùy thuộc vào mô hình cụ thể của bạn. Vì vậy, luôn kiểm tra lại tài liệu và hướng dẫn kỹ thuật của từng thiết bị để đảm bảo kết nối đúng và an toàn.

6. Lưu ý khi lắp đặt và sử dụng cảm biến hồng ngoại

6.1 Lưu ý khi lắp đặt cảm biến hồng ngoại

Các vấn đề cần tránh khi lắp đặt cảm biến hồng ngoại như sau:

1. Tránh hướng mắt sensor về phía giàn nóng của máy lạnh, vì nhiệt độ cao từ giàn nóng có thể làm nhiễu cảm biến và gây sai sót trong hoạt động.

2. Tránh hướng mắt sensor về phía cửa sổ có rèm che để tránh báo động giả.

3. Không lắp đặt cảm biến PIR trong nhà ra ngoài trời, vì cảm biến PIR dành cho trong nhà không chịu được điều kiện mưa nắng. Đặt ngoài trời có thể gây hư hỏng về vỏ và lăng kính fresnel, làm giảm tính năng hoạt động của cảm biến.

cam bien hong ngoai la gi 8
Lưu ý khi lắp đặt cảm biến hồng ngoại

4. Không hướng trực tiếp mắt sensor về nơi có ánh nắng mặt trời mạnh.

5. Tránh đặt sensor gần nguồn điện, vì cảm biến PIR là một thiết bị điện tử hoạt động ở điện áp thấp, nên tránh tiếp xúc gần với nguồn điện cao áp.

6. Không nên hướng mắt sensor ra phía cổng gần đường đi, để tránh báo động không cần thiết do người đi bộ hoặc chạy ngang qua cổng. Cảm biến có thể nhầm lẫn với việc xâm nhập.

7. Không nên lắp sensor trên tường bị rung, để giúp cảm biến hoạt động ổn định hơn.

6.2 Lưu ý sử dụng cảm biến hồng ngoại

Hầu hết các nhà sản xuất đều cung cấp hướng dẫn cài đặt cảm biến hồng ngoại cùng với các lưu ý về các vị trí cần tránh. Tuy nhiên, nếu không chú ý đúng, người lắp đặt có thể gặp phải những vấn đề. Kết quả là cảm biến có thể hoạt động không chính xác hoặc tạo ra báo động giả. Dưới đây là một số điểm cần lưu ý:

1. Đặt cảm biến ở nơi mà người xâm nhập phải đi qua, hoặc tạo một cái bẫy để bắt kẻ gian.

2. Đặt cảm biến ở độ cao chính xác theo hướng dẫn kỹ thuật.

cam bien hong ngoai la gi 9
Lưu ý sử dụng cảm biến hồng ngoại

3. Đảm bảo vùng cảm nhận của cảm biến phù hợp và chính xác theo yêu cầu.

4. Tránh các khu vực có ánh sáng yếu hoặc điểm mù trong quá trình lắp đặt, vì điều này sẽ làm cảm biến không phát hiện được chuyển động.

5. Kiểm tra lại khả năng cảm nhận của cảm biến sau khi lắp đặt.

6. Tránh các nguồn phát nhiệt gần cảm biến, như cửa, máy điều hòa, lỗ thoát khí, bếp lửa hoặc ánh sáng mặt trời, vì chúng có thể gây ra báo động giả.