(TIỂU LUẬN) báo cáo BTL môn cảm BIẾN kỹ THUẬT đo LƯỜNG đề tài NGHIÊN cứu về ACTIVE INFRARED SENSOR PASSIVE INFRARED SENSOR

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG VẬT LÝ KỸ THUẬT Y SINH BÁO CÁO BTL MÔN CẢM BIẾN & KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG Đề tài: NGHIÊN CỨU VỀ ACTIVE INFRARED SENSOR & PASSIVE INFRARED SENSOR Lớp: L02 GVHD: LÊ NGỌC ĐÌNH NHĨM: TP HỒ CHÍ MINH - 2022 DANH SÁCH THÀNH VIÊN Trần Thiện Anh Trần Thục Huyên 4|Page I SƠ LƯỢC VỀ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI (IR) Cảm biến IR thiết bị điện tử, phát ánh sáng để cảm nhận số đối tượng môi trường xung quanh Một cảm biến IR đo nhiệt vật thể phát chuyển động Thông thường, quang phổ hồng ngoại, tất vật thể tỏa số dạng xạ nhiệt Những loại xạ vơ hình mắt chúng ta, cảm biến hồng ngoại phát xạ Bộ phát đơn giản đèn LED IR (Light Emitting Diode) máy dò đơn giản photodiode IR Photodiode nhạy cảm với ánh sáng IR có bước sóng phát đèn LED IR Khi ánh sáng IR rơi vào photodiode, điện trở điện áp đầu thay đổi tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng hồng ngoại nhận  Nguyên tắc làm việc cảm biến hồng ngoại Có nhiều loại máy phát hồng ngoại khác tùy thuộc vào bước sóng, cơng suất đầu thời gian phản hồi chúng Một cảm biến IR bao gồm IR LED IR Photodiode, chúng gọi PhotoCoupler OptoCoupler IR Transmitter IR LED Máy phát hồng ngoại diode phát sáng (LED) phát xạ hồng ngoại gọi IR LED Mặc dù đèn LED IR trơng giống đèn LED bình thường, xạ phát từ vơ hình mắt người IR Receiver Photodiode Máy thu hồng ngoại cảm biến hồng ngoại phát xạ từ máy phát IR Máy thu IR có dạng photodiodes phototransistors Photodiodes hồng ngoại khác với điốt ảnh thông thường chúng phát xạ hồng ngoại 5|Page Bộ phát đèn LED IR máy dò photodiode IR IR photodiode nhạy cảm với ánh sáng IR phát từ đèn LED IR Điện trở điện áp đầu diode ảnh thay đổi tỷ lệ thuận với ánh sáng hồng ngoại nhận Khi máy phát IR phát xạ, đến vật thể số xạ phản xạ trở lại máy thu IR Dựa cường độ tiếp nhận máy thu IR, đầu cảm biến xác định II CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI THỤ ĐỘNG Định nghĩa: Cảm biến hồng ngoại thụ động - Passive infrared sensor (cảm biến PIR) cảm biến điện tử đo ánh sáng hồng ngoại (IR) phát từ vật thể trường nhìn Được gọi “thụ động” cảm biến PIR phát xạ hồng ngoại mà nhận tia hồng ngoại phát từ vật thể khác người, động vật hay nguồn nhiệt Sau nhận nguồn nhiệt, phận cảm biến phân tích để xác định điều kiện báo động Cảm biến PIR xuất từ năm 1940, ban đầu sử dụng cho ứng dụng quân khoa học Giờ đây, công nghệ sử dụng phổ biến nhiều loại sản phẩm thiết kế đặc biệt cho chiếu sáng tự động thương mại gia dụng Đặc biệt báo động an ninh , báo hiệu phát chuyển động ứng dụng chiếu sáng tự động Cảm biến hồng ngoại đươc coi công tắc ON – OFF điện từ thiết kế đặc biệt để chuyển đổi tải chiếu sáng Cấu tạo nguyên lý hoạt động: a Cấu tạo cảm biến PIR gồm có: Cảm biến nhiệt điện, thấu kính Fresnel, tế bào quang điện, chiết áp cảm biến, Lux thời gian, chiếp điều khiển mạch tích hợp (IR) Rơle 22/240V 6|Page -Thấu kính Fresnel: thấu kính hội tụ tất xạ hồng ngoại từ nguồn nhiệt (người) vào cảm biến nhiệt điện -Cảm biến nhiệt điện tử: Hai phần tử cảm biến nhận lượng xạ hồng ngoại khác khác biệt khuếch đại, chuyển thành tín hiệu thơng qua mạch tích hợp Tín hiệu kích hoạt rơle chuyển mạch Cảm biến phát xạ hồng ngoại dải độ dài sóng (8 - 14) mét -Tế bào quang điện: ghi lại cường độ ánh sáng (mức Lux) khu vực xung quanh Khi cường độ ánh sáng vượt giá trị cài đặt trước, tín hiệu từ cảm biến PIR bị ngăn không cho chuyển tải Khi mức Lux thấp giá trị đặt trước, tín hiệu từ cảm biến PIR sau phép chuyển tải -Chiết áp cảm biến, Lux thời gian: Chiết áp điều khiển cung cấp để điều chỉnh bên thời gian, độ nhạy Lux PIR (chỉ dành cho số kiểu máy chọn) -Chíp điều khiển mạch tích hợp (IR): Đây chíp tùy chỉnh điều khiển chế độ hoạt động khác nhau, chức thời gian xử lý tín hiệu từ cảm biến để điều khiển rơle đầu -Rơle 220/240V: Vì hầu hết loại cảm biến PIR sử dụng rơ le 220 / 240V nên khơng có u cầu tải tối thiểu Không vượt định mức tối đa cảm biến, đặc biệt với tải huỳnh quang b Nguyên lý hoạt động: 7|Page Tất cảm biến PIR hoạt động cách phát chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ khơng khí xung quanh nguồn nhiệt chuyển động (người) Cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR) sử dụng cặp cảm biến nhiệt điện để phát lượng nhiệt môi trường xung quanh Hai cảm biến nằm cạnh khác biệt tín hiệu hai cảm biến thay đổi (ví dụ: người bước vào phịng), cảm biến hoạt động Điều có nghĩa kích hoạt báo động, thơng báo cho quan chức bật đèn pha Bức xạ hồng ngoại tập trung vào số hai cảm biến nhiệt điện cách sử dụng loạt thấu kính cấu tạo vỏ cảm biến Các ống kính mở rộng vùng cảm nhận thiết bị Khi đối tượng chuyển động tạo xạ hồng ngoại vào phạm vi cảm nhận máy dò; khác biệt mức IR hai phần tử nhiệt điện đo Sau đó, cảm biến gửi tín hiệu điện tử đến máy tính nhúng, từ kích hoạt cảnh báo Ứng dụng a Nhà Thông Minh Smarthome Trong hệ sinh thái nhà thông minh Smarthome, người ta sử dụng loại cảm biến chuyển động áp dụng loại cảm biến PIR Loại cảm biến thụ động giúp phát diện người Qua nhà thơng minh tắt, bật đèn, kích hoạt hệ thống an ninh báo động 8|Page -Giúp bật tắt đèn tự động: Với chức bật đèn tự động đại có người bước vào, cảm biến hồng ngoại tự động sáng đèn lên Và người di chuyển đến đâu đèn sáng theo đến -Giúp chống trộm: Có thể nói so với thiết bị chống trộm khác việc sử dụng thiết bị cảm biến hồng ngoại giải pháp giúp chống trộm tốt nhất, bảo vệ an tồn cho gia đình Bởi vào ban đêm, có trộm bước vào nhà hay qua sân vườn hay ban cơng nhà bạn, mắt cảm ứng mà trộm khơng thể xác định vị trí lắp đặt cảm biến thiết bị hú cịi Ngay lúc chủ nhà biết có trộm để đề phịng có biện pháp xử lý nhanh chóng, kịp thời -Giúp mở cửa tự động: Hiện có nhiều thiết bị cảm biến hồng ngoại lắp đặt kèm theo chế độ mở cửa tự động Điều giúp cho người dùng thuận lợi linh hoạt sử dụng lắp đặt thiết bị b Ứng dụng quân sự: Kỹ thuật hồng ngoại quan trọng với ngành quốc phòng Những tên lửa không đối không cự ly gần mà máy bay chiến đấu sử dụng có dùng tia hồng ngoại dẫn đường, thường gọi “tên lửa tầm nhiệt” hay tên lửa dẫn hướng hồng ngoại Đầu tên lửa lắp thiết bị đầu dò hồng ngoại, tên lửa tự động bám sát luồng nóng từ động máy bay để tìm đến đích 9|Page Để chống lại tên lửa tầm nhiệt máy bay bố trí pháo nóng sáng, tung phát có tên lửa Nó dẫn đến đua, mặt tăng khả nhận dạng ảnh hồng ngoại cho tên lửa, mặt khác sử dụng với dạng dẫn hướng khác c Úng dụng nhiều lĩnh vực khác: Các ứng dụng tiêu biểu khác kể đến hệ thống tự động ga tàu Hoặc cảm biến bảo vệ an toàn dành cho loại máy móc cần đến Ưu nhược điểm a Ưu điểm: + Cảm biến hồng ngoại có độ nhạy cao nên dễ dàng phát thay đổi người môi trường + Có thể dùng ban ngày lẫn ban đêm tùy vào khu vực khác + An tồn tiện lợi Có thể dùng cảm biến tự động, nhà thơng minh máy móc cần độ đảm bảo an toàn cao + Thiết kế cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ b Nhược điểm: + Có thể dễ dàng bị đánh lừa người dùng có kiến thức cảm biến PIR + Cảm biến hồng ngoại phụ thuộc nhiều vào điều kiện nhiệt độ mơi trường Với mơi trường có nhiệt độ cao, cảm biến hoạt động hiệu + Góc phạm vi quét cảm biến hồng ngoại hạn chế, nhiều góc chết + Độ nhạy cao nên dễ nhầm lẫn phát chuyển động Nhưng so sánh độ nhạy với cảm biến vi sóng độ nhạy cảm biến PIR thấp hơn, độ phủ thấp rõ rệt.ss III CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI TÁC ĐỘNG Định nghĩa: Cảm biến hồng ngoại chủ động loại cảm biến hồng ngoại phát xạ hồng ngoại mà máy thu nhận sau IR phát Diode phát sáng IR (LED) thu nhận photodiode, phototransistor tế bào quang điện Cấu tạo nguyên lý hoạt động: Cảm biến hồng ngoại chủ động (Active Infrared) có cấu tạo gồm phần diode phát sáng máy thu Bộ phát phát 2-4 tia hồng ngoại, thu nhận chùm tia hồng 10 | P a g e ngoại Khi vật thể đến gần cảm biến ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED phản xạ khỏi vật thể, nhờ người nhận phát Cảm biến hồng ngoại chủ động đóng vai trị cảm biến tiệm cận dùng để phát chướng ngại vật  Đầu dò hồng ngoại chủ động chia làm loại: loại đơn tia loại đa tia (gồm từ tia trở lên) Loại đơn tia thường sử dụng để bảo vệ chống đột nhập cá khu vực nhà, cự ly gần cửa sổ, cửa vào/ra Loại đa tia sử dụng chống đột nhập cho khoảng cách lớn, trời, hàng rào (khi tác nhân gây báo động giả nhiều hơn) Phân loại a) Cảm biến tia phá vỡ Các loại cảm biến Active IR có phát thu đặt theo cách cho tia hồng ngoại phát phát rơi trực tiếp vào thu Trong trình hoạt động, chùm tia hồng ngoại phát liên tục phía máy thu Dịng IR bị gián đoạn cách đặt đối tượng phát thu Nếu IR truyền bị thay đổi máy thu tạo đầu dựa thay đổi xạ Tương tự xạ bị chặn hoàn toàn, máy thu phát cung cấp đầu mong muốn Ví dụ: xem xét cảm biến tia Break băng tải hình Khi vật thể khơng suốt làm gián đoạn luồng IR, máy thu không nhận tín hiệu nào, băng tải dừng lại 11 | P a g e Hình a.1: Một phát thu đối lập phát vật thể (giấy) chúng Hình a.2: Ví dụ cảm biến tia ngắt Hơn nữa, việc sử dụng nâng cao loại cảm biến thu hình dạng bề mặt khác đối tượng b) Cảm biến phản xạ Các loại cảm biến sử dụng đặc tính phản xạ IR Bộ phát phát chùm tia hồng ngoại bị phản xạ vật thể IR phản xạ phát máy thu Đối tượng gây thay đổi thuộc tính IR phản xạ lượng IR mà máy thu nhận thay đổi Mức độ thay đổi phụ thuộc vào độ phản xạ vật thể Do đó, việc phát thay đổi lượng IR nhận giúp tìm đặc tính vật thể vị trí địa lý bề mặt độ phản xạ 12 | P a g e Hình b Một thu IR phát tín hiệu phản xạ từ bàn tay để tắt đèn LED Hình Cảm biến phản xạ Ứng dụng cảm biến hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại chủ động phổ biến sở công nghiệp Trong ứng dụng này, cặp phát thu ghi nhận xác xem đối tượng có vị trí định băng tải hay khơng Bạn tìm thấy cơng nghệ IR chủ động cảm biến an toàn cửa ga ra, giúp ngăn ngừa thương tích hỏng hóc học vật cản đường cửa Dù ứng dụng bạn gì, có vơ số đơn vị cảm biến hồng ngoại cấu hình thụ động chủ động để phù hợp với nhu cầu bạn 13 | P a g e ... nhận máy thu IR, đầu cảm biến xác định II CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI THỤ ĐỘNG Định nghĩa: Cảm biến hồng ngoại thụ động - Passive infrared sensor (cảm biến PIR) cảm biến điện tử đo ánh sáng hồng ngoại... so sánh độ nhạy với cảm biến vi sóng độ nhạy cảm biến PIR thấp hơn, độ phủ thấp rõ rệt.ss III CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI TÁC ĐỘNG Định nghĩa: Cảm biến hồng ngoại chủ động loại cảm biến hồng ngoại phát... 4|Page I SƠ LƯỢC VỀ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI (IR) Cảm biến IR thiết bị điện tử, phát ánh sáng để cảm nhận số đối tượng môi trường xung quanh Một cảm biến IR đo nhiệt vật thể phát chuyển