راه اندازی ماژول مادون قرمز TCRT5000-KY با آردوینو UNO

در این مقاله یک ماژول سنسور مادون قرمز TCRT5000-KY-033 را با آردوینو UNO راه اندازی خواهیم کرد. اما قبل از آنکه به جزئیات راه اندازی ماژول سنسور مادون قرمز بپردازیم، بهتر است از فناوری مادون قرمز و کاربرد آن درک عمیقی پیدا کنیم، پس تا انتهای این مقاله همراه ما باشید تا با اساس کار ماژول سنسور مادون قرمز TCRT5000-KY-033 و طریقه ی راه اندازی آن با آردوینو UNO آشنا بشیم .

این ماژول با ولتاژ کاری 3.3 تا 5 ولت ، با تمامی بردهای میکروکنترلر، آردوینو، ESP8266 و ESP32 ، امکان راه اندازی را داشته، همچنین یک خروجی دیجیتال به همراه یک پتانسیومتر قابل تنظیم برای فاصله 2 تا 40 میلی متری را دارد که گزینه بسیار خوبی برای ساخت یک آشکار ساز مانع است و به عنوان مثال می تواند یک ربات تشخیص مانع را هدایت کند.

اشعه فروسرخ یا مادون قرمز IR چیست؟

 تابش فروسرخ یا مادون قرمز یا IR، در علم فیزیک به قسمتی از طیف امواج الکترومغناطیسی گفته می‌شود که طول موج آن‌ها بلندتر از نور مرئی و کوتاه‌تر از امواج رادیویی است. با توجه به اینکه رنگ سرخ طولانی ترین طول موج را دارد، تابش فروسرخ یا مادون قرمز دارای طول موجی  تقریبا بین 750 نانومتر تا 1 میلی متر است و از سه نوع فرآیند مغناطیسی برای ارسال داده های خود استفاده می کند.با توجه به سهم امواج مادون قرمز از طیف رنگ ها ، استفاده های کاربردی زیادی را می توان برای این امواج نام برد . از جمله :

• یافتن مقصد و رهگیری هدف در موارد نظامی
•  تنظیم دما از راه دور
• استفاده در بی سیم‌ها برای ارتباطات short area
• طیف بینی و پیش بینی وضعیت هوا
• فیزیوتراپی
• ابزار های دید در شب
• دستگاه های کنترل از راه دور دستگاه‌های الکترونیکی
• تبادل اطلاعات در گوشی‌های تلفن همراه و…

عنصر اصلی در ماژول های مادون قرمز ، سنسور های مادون قرمز است که برای تشخیص رنگ، آتش ، نور ، گرما و … استفاده می شود. گیرنده های IR نوعی دیود هستند که مقاومت آنها با میزان تشعشعات مادون قرمز تغییر می کند. به این صورت که در هنگام دریافت اشعه مادون قرمز، مقاومت آنها افزایش یافته و ولتاژ خروجی کمتری ایجاد می کنند و بالعکس. در واقع نور مادون قرمز در مقابل اشیای سفید دارای بازتاب بیشتر و در مقابل اشیا کدر دارای بازتاب کمتری است که از این ویژگی برای تشخیص مانع در بسیاری از پروژه ها و به طور عمده در ربات های مسیر یاب و تشخیص مانع استفاده می شود.

اکنون که با مفهوم و نحوه کارکرد سنسور مادون قرمز و ماژول سنسور مادون قرمز TCRT5000-KY-033 آشنا شدیم ،راه اندازی و تست این ماژول باید برایمان آسانتر باشد.

شکلی که در بالا مشاهده می‌کنید، پین های خروجی و قطعات تشکیل دهنده ی یک ماژول TCRT5000-KY-033 را نشان می دهد. پین های V+(VCC) ،(GND) G ماژول TCRT5000 را به یک میکروکنترلر مانند Arduino، ESP8266 یا ESP32 متصل می کند و با تامین ولتاژ مورد نیاز ماژول روشن می‌شود . پین S خروجی دیجیتال ماژول می‌باشد که تشخیص مانع در مقابل سنسور از طریق این پین به میکرو کنترلر اطلاع داده میشود . پتانسیومتر 10 کیلو اهم جهت تنظیم مقدار فاصله ی بین سنسور و مانع که حساسیت سنسور را مشخص میکند، می‌باشد. LED SMD که روی برد قرار دارد و در صورت وجود مانع در مقابل سنسور روشن میشود که به عنوان LED تست هم برای ماژول استفاده می‌شود.

طریقه کارکرد ماژول از روی شماتیک:

شماتیک مدار ماژول TCRT5000 کمک شایانی به درک مان از عملکرد این ماژول میکند که مختصر طریقه ی کار مدار را شرح میدهیم.

• گیرنده مادون قرمز با سطح سیاه، به عنوان ترانزیستور نشان داده شده است.

• دیود مادون قرمز (LED آبی) که تابش مادون قرمز را ساطع می کند که به صورت LED نشان داده می شود .

• پتانسیومتر مانند یک تقسیم کننده ولتاژ قابل تنظیم عمل می کند و خروجی پتانسیومتر ولتاژ مرجع (پین2) مقایسه کننده است.
• ورودی (3) مقایسه کننده همان خروجی تقسیم کننده ولتاژ است که توسط مقاومت R3 و ترانزیستور TCRT5000 (فتو ترانزیستور) ایجاد می شود .
• دیود مادون قرمز که توسط مقاومت R4 در برابر ولتاژهای خیلی بالا محافظت می شود شروع به انتشار IR می کند.
• خروجی مقایسه کننده به خروجی دیجیتال ماژول TCRT5000 (S) وصل شده و با LED و مقاومت R1 به قسمت VCC  مدار متصل می شود.

  مهم است که بدانید تابش مادون قرمز بالاتر منجر به مقاومت کمتر گیرنده مادون قرمز و در نتیجه افت ولتاژ بالاتر در گیرنده IR می شود. این وابستگی را می توانید از تصویر زیر نیز مشاهده کنید.

از جمله مشخصات فنی که هنگام کار با این ماژول باید به آن توجه کنید ، در پایین ذکر شده است :
ولتاژ کاری: DC 3.3V-5V
جریان کار: ≥ 20mA
دمای عملیاتی: -10 ~ 50 ℃
فاصله تشخیص: 2-40 میلی متر

آموزش راه اندازی ماژول TCTR5000-KY-033 با آردوینو UNO

برای راه اندازی ماژول سنسور مادون قرمز TCTR5000-KY-033 به این قطعات نیاز داریم:

• آردوینو UNO
• مقاومت 220 اهم  
• LED با هر رنگ دلخواه
• برد بورد
• ماژول سنسور مادون قرمز TCTR5000-KY-033

طبق تصویر زیر این مدار را با جامپر بهم وصل میکنیم.

پین خروجی ماژول مادون قرمز به پایه ی دیجیتال 1 آردوینو متصل شده و LED با مقاومت محدود کننده 220 اهم به پایه 10دیجیتال(ADC) آردوینو متصل شده است که در صورت قرار گرفتن مانع در مقابل سنسور مادون قرمز TCTR5000 روشن خواهد شد.

نمونه کد راه اندازی ماژول سنسور مادون قرمز TCTR5000-KY-033 با آردوینو

int ir = 2;
int PinLed = 10;
int val=0;
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
    pinMode(ir, INPUT);
    pinMode(PinLed, OUTPUT);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  if(digitalRead(ir) == LOW)
    {
        digitalWrite(PinLed, HIGH);
    }
    else
    {
        digitalWrite(PinLed, LOW);
    }
}

این نمونه کد ساده برای راه اندازی این ماژول مادون قرمز با آردوینو است که پین دیجیتال شماره 2 آردوینو که به خروجی سنسور مادون قرمز متصل شده است را به عنوان متغیری از نوع عدد صحیح به نام ir و پین دیجیتال 10 آردوینو متغیری از نوع عدد صحیح به نام PinLed  تعریف کرده ایم و در تابع set up پین ir  به عنوان ورودی و  PinLed به عنوان خروجی معرفی شد . در تابع loop وضعیت وجود مانع در مقابل سنسور با یک شرط if – else بررسی میشود و در صورت وجود مانع روشن خواهد شد.

در این ویدئو کوتاه نحوه کارکرد این ماژول را خواهید دید.