انواع سنسورها

معمولاً برای سوئیچینگ وسایل صنعتی یا وسایل خانگی مانند فن، کولر، موتورهای صنعتی و غیره از سوئیچ بوردهای سوکت دیواری معمولی استفاده می کنیم. اما کار کردن سوئیچ ها به طور منظم و دائمی بسیار دشوار است. به همین دلیل، سیستم های اتوماسیون خانگی و صنعتی برای کنترل ساده تر تمام بارهای الکتریکی و الکترونیکی مورد نیاز، ایجاد شده اند. این اتوماسیون با استفاده از انواع سنسورها و مدارهای سنسور در یک سیستم قدرت قابل طراحی می باشد.

انواع سنسورها در الکترونیک

امروزه از انواع مختلفی از سنسورها در سیستم های قدرت مانند وسایل الکتریکی و الکترونیکی، سیستم های کنترل بار، اتوماسیون خانگی و صنعتی و غیره استفاده می شود.

سنسورها را به طور کلی می توان به دو دسته سنسورهای آنالوگ و سنسورهای دیجیتال تقسیم کرد. اما تعدادی از سنسورها در الکترونیک بسیار به کار می روند که از جمله سنسورهای دما ، سنسورهای IR ، سنسور آلتراسونیک ، سنسور فشار ، سنسور مجاورت القایی (proximity) و سنسورهای لمسی می باشند.

• Temperature Sensor
• IR Sensor
• Ultrasonic Sensor
• Touch Sensor
• Proximity Sensors
• Pressure Sensor
• Level Sensors
• Smoke and Gas Sensors

انواع سنسورها به همراه دیاگرام مدار آنها

در این مقاله انواع سنسورها را به همراه دیاگرام مدارشان، توضیح می دهیم.

سنسور دما

دما یک مقیاس اندازه گیری محیطی مناسب می باشد. انواع مختلفی سنسور دما برای اندازه گیری دما وجود دارد، از جمله: ترموکوپل ، ترمیستور، سنسورهای دما نیمه هادی، تشخیص دما مقاومتی (RTD) و غیره می باشد. بر اساس نیاز، از سنسورهای مختلف برای اندازه گیری دما برای کاربردهای مختلف استفاده می شود.

مدار سنسور دما

یک سنسور دمای ساده در مدار می تواند به عنوان یک سوئیچ برای باز و بسته کردن جریان بار در یک دمای خاص که توسط سنسور دما (در اینجا از ترمیستور استفاده شده است) تشخیص داده شده، عمل کند. این مدار از باتری ، ترمیستور ، ترانزیستور و رله تشکیل شده که همانند تصویر زیر در مدار به یکدیگر متصل شده اند.

رله توسط سنسور دما با تشخیص یک دمای خاص فعال می شود. در نهایت، سوئیچ رله روی جریان بار (AC یا DC) قرار دارد. می توان از این مدار برای کنترل اتوماتیک فن بر اساس دمای محیط استفاده کرد.

کاربرد عملی سنسور دما

سنسورهای دما نیز به چندین دسته از جمله: ترمیستورها و سنسورهای دمای دیجیتال و … تقسیم می شوند. کنترلر دمای دیجیتال قابل برنامه ریزی یک سیستم embedded که مبتنی بر پروژه الکترونیک طراحی شده و برای کنترل دمای هر دستگاه با توجه به نیاز و کاربرد آن در صنعت استفاده می شود. مدار سنسور دمای دیجیتالی در تصویر زیر نشان داده شده است.

بلوک دیاگرام مدار کنترلر دمای دیجیتال قابل برنامه ریزی در تصویر زیر نشان داده شده است.

بلوک منبع تغذیه از ولتاژ 230 ولت AC ، ترانسفورماتور کاهنده (step down) برای پایین آوردن ولتاژ، دیود برای یکسو کردن ولتاژ AC یا DC ، رگولاتور ولتاژ برای حفظ ولتاژ DC خروجی ثابت تا ورودی را به سمت مدار ارسال کند، تشکیل شده است.

بار را می توان با استفاده از این رله هدایت کرد (در اینجا بار به عنوان لامپ با هدف نمایشی، نمایش داده می شود).

نمایشگر LCD به میکروکنترلر 8051 متصل شده تا دما را در محدوده 55- تا 125+ درجه سانتی گراد نشان دهد. سنسور دمای دیجیتال IC DS1621 برای ایجاد دمای 9 بیتی به میکروکنترلر استفاده می شود. حافظه غیر فرار EEPROM برای ذخیره تنظیمات دمای تعریف شده از طریق مجموعه ای از سوئیچ ها به میکروکنترلرهای 8051 استفاده می شود. یک رله به میکروکنترلر وصل شده که با استفاده از درایور ترانزیستور، عمل می کند. رله جریان بار را هدایت می کند. (در این مدار، بار در لامپ نشان داده شده است).

سنسور IR ( مادون قرمز )

چیپ های تصویری کوچک که دارای فتوسل هستند و نور فرو سرخ را تشخیص و انتشار می دهند، سنسورهای IR نامیده می شوند. سنسورهای IR برای طراحی تکنولوژی کنترل از راه دور استفاد می شوند. سنسورهای IR را می توان برای تشخیص موانع در رباتیک و کنترل جهت حرکت رباتها استفاده کرد. سنسورهای زیادی برای تشخیص نورهای مادون قرمز وجود دارد.

مدار سنسور مادون قرمز

از این سنسور برای کنترل تلویزیون استفاده می شود. از مدار فرستنده و گیرنده IR تشکیل شده که در تصویر زیر نشان داده شده است:

مدار فرستنده IR که به عنوان کنترل از راه دور استفاده می شود، برای انتشار نور مادون قرمز به کار می رود. مادون قرمز به مدار گیرنده IR ارسال می شود که به دستگاهی مثل تلویزیون یا ربات کنترل از راه دور IR متصل است. ربات یا تلویزیون بر اساس دستوری که دریافت می کند، کنترل می شود.

کاربرد سنسور مادون قرمز

این سنسورها بیشتر در کنترل تلویزیون استفاده می شوند. تصویر بالا یک سنسور مادون قرمز ساده است که برای کنترل از راه دور یک ربات استفاده شده و در یک کنترل TV یا IR remote به کار می رود. تصویر دیاگرام مدار پروژه رباتیک تصویر بالا در زیر قرار گرفته است.

کنترل تلویزیون مبتنی بر سنسور مادون قرمز برای ارسال از راه دور دستورات به ربات، توسط کاربر می باشد که بر اساس دستورات دریافت شده توسط گیرنده IR که به میکروکنترلر متصل شده، عمل می کند. میکروکنترلر، سیگنالهای مناسبی را تولید می کند و به سمت موتورها می فرستد تا جهت حرکت ربات (جلو، عقب، چپ یا راست) کنترل شود.

سنسور آلتراسونیک

یک مبدل که با استفاده از رادار و ناوبری صوتی عمل می کند و ویژگی های هدف را تخمین می زند، سنسور آلتراسونیک یا فرستنده/گیرنده نام دارد.

این سنسورها از نظر عملکرد به دو دسته سنسورهای آلتراسونیک فعال و غیر فعال (active/passive) تقسیم می شوند.

امواج صوتی با فرکانس بالا که توسط سنسورهای آلتراسونیک فعال تولید می شوند، دوباره توسط سنسور آلتراسونیک دریافت می شوند تا صدا را ارزیابی کنند. بنابراین، وقفه زمانی گرفته شده برای ارسال و دریافت صدا برای تعیین فاصله تا یک شی به کار می رود. اما سنسورهای آلتراسونیک غیر فعال تنها برای تشخیص نویز آلتراسونیک که در شرایط خاصی وجود دارد، به کار می رود.

مدار سنسور آلتراسونیک

ماژول آلتراسونیک که در تصویر بالا نشان داده شده، از یک فرستنده آلتراسونیک، گیرنده و یک کنترل مدار تشکیل شده است. از سنسور آلتراسونیک در مدار می توان به عنوان یک سنسور فاصله سنج استفاده کرد.

ابتدا منبع تغذیه جریان لازم را وارد مدار می کند، سپس امواج آلتراسونیک تولید شده از سنسور منتقل می شوند و به موانع یا یک شی برخورد می کنند و از آنها منعکس می شوند و برمی گردند. سپس، گیرنده این امواج را دریافت می کند و تمام زمانی که برای ارسال و دریافت صرف می شود، برای محاسبه فاصله بین شی و سنسور به کار می رود. میکروکنترلر با استفاده از تکنیکهای برنامه نویسی برای پردازش و کنترل کل فرایند استفاده می شود. نمایشگر LCD برای نمایش فاصله (در واحد سانتی متر)، به مدار وصل شده است.

کاربرد سنسور آلتراسونیک

این سنسورها در مدار برای محاسبه فاصله تا یک شی به کار می روند. هنگامیکه برای محاسبه فاصله نتوان از روشهای معمول استفاده کرد، فرضاً در مکانهایی با دمای بسیار بالا یا فشار بالا، از این سنسور استفاده می شود. تصویر مدار سنسور فاصله سنج آلتراسونیک در زیر آمده است.

تصویر دیاگرام پروژه اندازه گیری فاصله با سنسور آلتراسونیک در زیر قرار گرفته است. این مدار از بلوکهای زیادی از جمله: منبع تغذیه، نمایشگر LCD، ماژول آلتراسونیک، یک شی برای اندازه گیری فاصله از آن و میکروکنترلر 8051 تشکیل شده است.

مبدل آلتراسونیک که در این پروژه استفاده شده از فرستنده و گیرنده آلتراسونیک تشکیل شده است. امواجی که که از فرستنده آلتراسونیک ارسال می شوند از شی مورد نظر به سمت گیرنده آلتراسونیک باز می گردند. زمانی که صرف ارسال و دریافت امواج می شود از طریق سرعت صوت محاسبه می شود.

سنسور لمسی

سنسورهای لمسی همانند سوئیچ هایی عمل می کنند که با لمس کردن فعال می شوند. انواع مختلفی سنسور لمسی وجود دارد که بر اساس نوع لمسی آنها همانند سوئیچ لمسی خازنی ، سوئیچ لمسی مقاومتی و سوئیچ لمسی پیزو تقسیم می شوند.

مدار سنسور لمسی

مدار زیر یک کاربرد ساده از سنسور لمسی را نشان می دهد که از یک آی سی تایمر 555 ، سنسور لمسی، ال ای دی، باتری و قطعات الکترونیک پایه تشکیل شده است.

هنگامیکه سنسور لمسی، لمس نشده باشد، ال ای دی در حالت خاموش می ماند. زمانیکه صفحه تاچ سنسور لمس شود، یک سیگنال به طرف تایمر 555 ارسال می شود. با دریافت سیگنالی که از سنسور لمسی آمده، تایمر 555، ال ای دی را روشن می کند.

کاربرد سنسور لمسی

تصویر زیر کاربرد سنسور لمسی در یک مدار سوئیچ کنترل لمسی جریان بار را نشان می دهد.

این مدار از یک منبع تغذیه، تایمر 555، سنسور لمسی، رله و یک لامپ تشکیل شده است.

تایمر 555 مورد استفاده در مدار برای فعال کردن رله به کار می رود تا در یک زمان ثابت، بار را در مدار به جریان درآورد. پین هدف (trigger) تایمر 555 با لمس فعال می شود. ولتاژ از طریق لمس بدن انسان ایجاد می شود. این زمان ثابت، متوقف می شود و با اتصال ثابت زمانی RC به تایمر تغییر می کند. بنابراین، خروجی تایمر 555، بار را از طریق رله، در مدار به جریان در می آورد و جریان بار بعد از یک مدت زمان ثابت، قطع می شود.

علاوه بر این، می توان با استفاده از سنسورهای پیشرفته تر مانند سیستم باز کردن اتوماتیک درب مبتنی بر سنسور PIR، پروژه های الکتریکی و الکترونیکی خلاقانه و پیچیده تری ایجاد کنیم. همچنین با استفاده از سنسورهای فشار می توان با قرار دادن صفحات پیزوالکتریک (که یک نوع سنسور فشار می باشد) در زیر سرعت گیر در بزرگراه ها برای تولید برق در چراغهای بزرگراه، برق مورد نیاز را تولید کرد.

سنسورها ی تصویر مادون قرمز

سنسور تصویر داده های تصویر را تشخیص داده و به میکروکنترلر می فرستد، این کار را با تبدیل امواج نور به سیگنال انجام می دهد. سنسورهای تصویر دستگاه هایی با حالت جامد هستند و یکی از مهمترین مولفه های داخلی دوربین می باشند. سنسور تصویر مادون قرمز با وضوح بالا که در کاربردهای مادون قرمز استفاده می شود، دارای یک سنسور تصویر شاتکی از جنس پلاتین سیلیساید می باشد و معمولاً بین 3 تا 5 میکرومتر عمل می کند.

ساختار کلی سنسورهای تصویر

تراشه سنسور تصویر شامل پیکسل هایی است که دارای المان های حساس به نور، میکرو لنزها و قطعات الکتریکی میکرو می باشد. این تراشه ها توسط شرکتهای تولید کننده نیمه هادی ساخته می شوند. اتصال سیم ها، سیگنال را بر روی سطح تماس در پشت سنسور می فرستد. پکیج این سنسورها به گونه ای است که آن را در برابر صدمات محیطی و فیزیکی محافظت می کند و اتلاف حرارتی را فراهم می کند و شامل اتصال الکترونیکی برای انتقال سیگنال می باشد. یک شیشه شفاف در قسمت جلویی بسته بندی به نام پوشش شیشه ای قرار گرفته که تراشه و سیم های سنسور را محافظت می کند و به نور اجازه می دهد تا به فضای حساس به نور در سنسور برسد.

ساختار سنسور تصویر مادون قرمز

شکل زیر تصویر یک سنسور تصویر مادون قرمز را نشان می دهد که دارای یک آرایه تشخیص دهنده 1968×1968 پیکسل، 30 میکرومتر مربع پیکسل و با سرعت 2.5 فریم در ثانیه می باشد. این دستگاه برای افزایش حساسیت، نور دهی در دماهای بالا را کنترل می کند و در پشت تصویر نورپردازی بیشتری را ارئه می دهد که موجب کاهش تاری تصویر می شود.