Kiến Thức Bổ Ích

Cảm Biến Là Gì? Các Loại Cảm Biến Và Ứng Dụng

cac-loai-sensor

Chúng ta đang sống trong Thế giới của các Cảm biến. Bạn có thể tìm thấy các loại Cảm biến khác nhau trong nhà, văn phòng, ô tô, v.v. làm cho cuộc sống của chúng ta dễ dàng hơn bằng cách bật đèn bằng cách phát hiện sự hiện diện của chúng ta, điều chỉnh nhiệt độ phòng, phát hiện khói hoặc lửa, pha cà phê ngon, mở cửa nhà để xe ngay khi xe của chúng ta gần cửa garage và nhiều nhiệm vụ khác nữa.

Tất cả những điều này và nhiều tác vụ tự động hóa khác đều có thể thực hiện được nhờ vào Cảm biến. Trước khi đi vào chi tiết về Cảm biến là gì, Các loại cảm biến khác nhau và ứng dụng của các loại cảm biến khác nhau, trước tiên chúng ta sẽ xem xét một ví dụ đơn giản về một hệ thống tự động, điều này có thể thực hiện được nhờ vào Cảm biến (và nhiều thành phần khác nữa).

Ứng Dụng Thực Tế Của Cảm Biến

Ví dụ mà chúng ta đang nói đến ở đây là Hệ thống lái tự động trong máy bay. Hầu hết tất cả các máy bay dân dụng và quân sự đều có tính năng Hệ thống điều khiển bay tự động hay đôi khi được gọi là Lái tự động.

Hệ thống Kiểm soát Chuyến bay Tự động (Autopilot System) bao gồm một số cảm biến cho các nhiệm vụ khác nhau như kiểm soát tốc độ, giám sát độ cao, theo dõi vị trí, trạng thái của cửa ra vào, phát hiện chướng ngại vật, mức nhiên liệu, điều khiển và nhiều hơn nữa. Máy tính lấy dữ liệu từ tất cả các cảm biến này và xử lý chúng bằng cách so sánh chúng với các giá trị được định sẵn từ trước.

Sau đó, máy tính cung cấp tín hiệu điều khiển đến các bộ phận khác nhau như động cơ, cánh đảo gió, bánh lái, động cơ, v.v. giúp thực hiện chuyến bay suôn sẻ. Sự kết hợp của Cảm biến, Máy tính và Cơ học giúp máy bay có thể chạy ở Chế độ lái tự động.

Tất cả các thông số, tức là Cảm biến (cung cấp đầu vào cho Máy tính), Máy tính (bộ não của hệ thống) và cơ học (đầu ra của hệ thống như đầu máy và động cơ) đều quan trọng như nhau trong việc xây dựng một hệ thống tự động thành công.

Đây là một phiên bản cực kỳ đơn giản của Hệ thống Kiểm soát Chuyến bay. Trên thực tế, có hàng trăm hệ thống điều khiển riêng lẻ thực hiện các nhiệm vụ duy nhất để có một hành trình an toàn và suôn sẻ.

Nhưng trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào phần Cảm biến của một hệ thống và xem xét các khái niệm khác nhau liên quan đến Cảm biến (như loại, đặc điểm, phân loại, v.v.).

Cảm biến là gì?

Có rất nhiều định nghĩa về cảm biến là gì nhưng tôi muốn định nghĩa Cảm biến là thiết bị đầu vào cung cấp đầu ra (tín hiệu) liên quan đến một đại lượng vật lý cụ thể (đầu vào).

Thuật ngữ “thiết bị đầu vào” trong định nghĩa của Cảm biến có nghĩa là nó là một phần của hệ thống lớn hơn cung cấp đầu vào cho hệ thống điều khiển chính (như Bộ xử lý hoặc Vi điều khiển).

Một định nghĩa độc đáo khác về Cảm biến như sau: Nó là một thiết bị chuyển đổi tín hiệu từ năng lượng sang điện tử (energy domain to electrical domain). Bạn có thể hiểu đơn giản như sau: Mọi vật đều có năng lượng của nó, khi năng lượng đó được phát ra, cảm biến sẽ xác định được và chuyển đổi tín hiệu sang dạng điện tử.

Định nghĩa về Cảm biến có thể được hiểu rõ hơn nếu chúng ta lấy một ví dụ để xem xét.

Ví dụ đơn giản nhất về cảm biến là LDR (Light Dependent Resistor) hoặc Điện trở phụ thuộc ánh sáng. Nó là một thiết bị, có điện trở thay đổi tùy theo cường độ ánh sáng mà nó hứng được. Khi ánh sáng chiếu vào LDR nhiều hơn, điện trở của nó trở nên rất ít và khi ánh sáng ít hơn, điện trở của LDR trở nên rất cao.

Chúng ta có thể kết nối LDR này trong một bộ chia điện áp (cùng với điện trở khác) và kiểm tra điện áp rơi trên LDR. Điện áp này có thể được hiệu chỉnh theo lượng ánh sáng chiếu vào LDR. Do đó, nó được gọi là “một cảm biến ánh sáng” (Light Sensor).

Bây giờ chúng ta đã biết cảm biến là gì, chúng ta sẽ tiếp tục phân loại cảm biến.

Phân loại cảm biến

Có một số phân loại cảm biến được thực hiện bởi các tác giả và chuyên gia khác nhau. Một số rất đơn giản và một số rất phức tạp. Cách phân loại cảm biến sau đây có thể đã được sử dụng bởi một chuyên gia trong lĩnh vực này nhưng đây là cách phân loại cảm biến rất đơn giản.

Trong phân loại đầu tiên của các cảm biến, chúng được chia thành Chủ động và Bị động (Active and Passive). Cảm biến Chủ động là những cảm biến yêu cầu tín hiệu kích thích bên ngoài hoặc tín hiệu nguồn.

Mặt khác, cảm biến thụ động không yêu cầu bất kỳ tín hiệu nguồn bên ngoài nào và trực tiếp tạo ra phản hồi.

Loại phân loại khác dựa trên chất liệu được sử dụng trong cảm biến. Bao gồm: Điện, Sinh học, Hóa học, Phóng xạ, v.v.

Sự phân loại tiếp theo dựa trên hiện tượng chuyển đổi của nó: tức là đầu vào và đầu ra. Một số hiện tượng chuyển đổi thường gặp là: Quang điện, Nhiệt điện, Điện hóa, Điện từ, Nhiệt điện, v.v.

Phân loại cuối cùng của các cảm biến là Cảm biến Analog và Cảm biến kỹ thuật số. Cảm biến tương tự tạo ra đầu ra tương tự, tức là tín hiệu đầu ra liên tục (thường là điện áp nhưng đôi khi là các đại lượng khác như Điện trở, v.v.) đối với đại lượng được đo.

Cảm biến Kỹ thuật số, trái ngược với Cảm biến Analog, hoạt động với dữ liệu kỹ thuật số hoặc rời rạc. Dữ liệu trong các cảm biến kỹ thuật số, được sử dụng để chuyển đổi và truyền tải, có bản chất là kỹ thuật số.

Các loại cảm biến khác nhau

Sau đây là danh sách các loại cảm biến khác nhau thường được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Tất cả các cảm biến này được sử dụng để đo một trong các đặc tính vật lý như Nhiệt độ, Điện trở, Điện dung, Độ dẫn điện, Truyền nhiệt, v.v.

  1. Cảm biến nhiệt độ
  2. Cảm biến tiệm cận
  3. Gia tốc kế
  4. Cảm biến IR (Cảm biến hồng ngoại)
  5. Cảm biến áp suất
  6. Cảm biến ánh sáng
  7. Thiết bị cảm biến sóng siêu âm
  8. Cảm biến khói, khí và cồn
  9. Cảm biến chạm
  10. Cảm biến màu sắc
  11. Cảm biến độ ẩm
  12. Cảm biến vị trí
  13. Cảm biến từ tính (Cảm biến hiệu ứng Hall)
  14. Micrô (Cảm biến âm thanh)
  15. Cảm biến độ nghiêng
  16. Cảm biến dòng và mức
  17. Cảm biến PIR
  18. Cảm biến chạm
  19. Cảm biến độ căng và trọng lượng

Chúng ta sẽ tìm hiểu sơ lược về một số loại cảm biến được đề cập ở trên. Thông tin thêm về các cảm biến sẽ được bổ sung sau đó. Danh sách các dự án sử dụng các cảm biến trên được đưa ra ở cuối trang.

Cảm biến nhiệt độ

Một trong những loại cảm biến thông dụng và phổ biến nhất là Cảm biến nhiệt độ. Cảm biến nhiệt độ, như tên cho thấy, cảm nhận nhiệt độ tức là nó đo những thay đổi trong nhiệt độ.

Có nhiều loại Cảm biến Nhiệt độ khác nhau như IC Cảm biến Nhiệt độ (như LM35, DS18B20), Nhiệt điện trở, Cặp nhiệt điện, RTD (Thiết bị nhiệt độ điện trở), v.v.

Cảm biến nhiệt độ có thể là analog hoặc kỹ thuật số. Trong Cảm biến nhiệt độ tương tự, những thay đổi trong Nhiệt độ tương ứng với sự thay đổi về đặc tính vật lý của nó như điện trở hoặc điện áp. LM35 là một cảm biến nhiệt độ tương tự cổ điển.

Đến với Cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số, đầu ra là một giá trị kỹ thuật số rời rạc (thông thường, một số dữ liệu số sau khi chuyển đổi giá trị tương tự sang giá trị số). DS18B20 là một cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số đơn giản.

Cảm biến nhiệt độ được sử dụng ở mọi nơi như máy tính, điện thoại di động, ô tô, hệ thống điều hòa không khí, các ngành công nghiệp, v.v.

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận là loại cảm biến không tiếp xúc phát hiện sự hiện diện của một đối tượng. Cảm biến tiệm cận có thể được thực hiện bằng các kỹ thuật khác nhau như Quang học (như Hồng ngoại hoặc Laser), Âm thanh (Siêu âm), Từ tính (Hiệu ứng Hall), Điện dung, v.v.

Một số ứng dụng của Cảm biến tiệm cận là Điện thoại di động, Ô tô (Cảm biến đỗ xe), ngành công nghiệp (căn chỉnh đối tượng), Khoảng cách mặt đất trong Máy bay, v.v.

Cảm biến hồng ngoại (Cảm biến hồng ngoại)

Cảm biến IR hoặc Cảm biến hồng ngoại là cảm biến dựa trên ánh sáng được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như Phát hiện tiệm cận và đối tượng. Cảm biến IR được sử dụng làm cảm biến tiệm cận trong hầu hết các điện thoại di động.

Các loại cảm biến Hình ảnh 5

Có hai loại cảm biến hồng ngoại hoặc cảm biến hồng ngoại: Loại truyền qua và Loại phản xạ. Trong Cảm biến hồng ngoại kiểu truyền, Bộ phát hồng ngoại (thường là đèn LED hồng ngoại) và Bộ phát hiện hồng ngoại (thường là Đi-ốt ảnh) được đặt đối diện nhau để khi một đối tượng đi qua giữa chúng, cảm biến sẽ phát hiện đối tượng.

Loại cảm biến hồng ngoại khác là cảm biến hồng ngoại loại phản xạ. Trong trường hợp này, máy phát và máy dò được đặt ở vị trí liền kề với nhau đối diện với vật thể. Khi một đối tượng đến trước cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ Bộ phát hồng ngoại sẽ được phản xạ từ đối tượng và được Bộ thu hồng ngoại phát hiện và do đó cảm biến phát hiện đối tượng.

Các ứng dụng khác nhau mà Cảm biến IR được triển khai là Điện thoại di động, Robot, Lắp ráp công nghiệp, ô tô, thiết bị báo khách, báo trộm..v.v.

Thiết bị cảm biến sóng siêu âm

Cảm biến siêu âm là một thiết bị loại không tiếp xúc có thể được sử dụng để đo khoảng cách cũng như vận tốc của một vật thể. Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên các đặc tính của sóng âm thanh có tần số lớn hơn tần số mà con người có thể nghe thấy.

Các loại cảm biến Hình ảnh 6

Sử dụng thời gian bay của sóng âm thanh, Cảm biến siêu âm có thể đo khoảng cách của vật thể (tương tự như SONAR). Thuộc tính Doppler Shift của sóng âm được sử dụng để đo vận tốc của một vật thể. Cảm biến siêu âm được sử dụng trong hệ thống lái xe tự động.

Cảm biến ánh sáng

Đôi khi còn được gọi là Cảm biến ảnh, Cảm biến ánh sáng là một trong những cảm biến quan trọng. Một cảm biến ánh sáng đơn giản có sẵn ngày nay là Điện trở phụ thuộc ánh sáng hoặc LDR. Tính chất của LDR là điện trở của nó tỷ lệ nghịch với cường độ ánh sáng xung quanh, tức là khi cường độ ánh sáng tăng lên thì điện trở của nó giảm và ngược lại.

Bằng cách sử dụng LDR là một mạch, chúng ta có thể hiệu chỉnh những thay đổi trong điện trở của nó để đo cường độ ánh sáng. Có hai Cảm biến ánh sáng khác (hoặc Cảm biến ảnh) thường được sử dụng trong thiết kế hệ thống điện tử phức tạp. Chúng là Photo Diode và Photo Transistor. Tất cả những điều này là Cảm biến Analog.

Ngoài ra còn có các cảm biến ánh sáng kỹ thuật số như BH1750, TSL2561, v.v., có thể tính toán cường độ ánh sáng và cung cấp giá trị tương đương kỹ thuật số.

Cảm biến khói và khí

Một trong những cảm biến rất hữu ích trong các ứng dụng liên quan đến an toàn là Cảm biến khói và khí. Hầu hết tất cả các văn phòng và ngành công nghiệp đều được trang bị một số thiết bị phát hiện khói, giúp phát hiện bất kỳ khói nào (do hỏa hoạn) và phát ra âm thanh báo động.

Cảm biến khí phổ biến hơn trong các phòng thí nghiệm, nhà bếp quy mô lớn và các ngành công nghiệp. Chúng có thể phát hiện các loại khí khác nhau như LPG, Propane, Butane, Methane (CH4), v.v.

Cảm biến khói-MQ2

Ngày nay, cảm biến khói (thường có thể phát hiện khói cũng như khí) cũng được lắp đặt trong hầu hết các ngôi nhà như một biện pháp an toàn.

Loạt cảm biến “MQ” là một loạt các cảm biến giá rẻ để phát hiện CO, CO2, CH4, Alcohol, Propane, Butan, LPG, v.v. Bạn có thể sử dụng các cảm biến này để xây dựng Ứng dụng Cảm biến Khói của riêng mình.

Cảm biến cồn

Như tên cho thấy, một cảm biến rượu phát hiện rượu. Thông thường, cảm biến nồng độ cồn được sử dụng trong các thiết bị đo hơi thở, giúp xác định xem một người có say hay không. Nhân viên thực thi pháp luật sử dụng máy thở để bắt thủ phạm say rượu và lái xe.

Cảm biến chạm

Chúng ta không coi trọng cảm ứng nhưng chúng đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta. Cho dù bạn có biết hay không, tất cả các thiết bị màn hình cảm ứng (Điện thoại di động, Máy tính bảng, Máy tính xách tay, v.v.) đều có cảm biến cảm ứng trong đó. Một ứng dụng phổ biến khác của cảm biến cảm ứng là bàn di chuột trong máy tính xách tay của chúng tôi.

Tham khảo video dự án: Tạo đèn Dimmer chuyển đổi ánh sáng sử dụng Arduino

Cảm biến Touch, như tên gọi cho thấy, phát hiện thao tác chạm của ngón tay hoặc bút stylus. Thường thì cảm ứng được phân thành loại Điện trở và Điện dung. Hầu hết tất cả các cảm biến cảm ứng hiện đại đều thuộc loại điện dung vì chúng chính xác hơn và có tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tốt hơn.

Mô-đun cảm biến cảm ứng

Nếu bạn muốn xây dựng một ứng dụng với Cảm biến cảm ứng, thì có sẵn các mô-đun chi phí thấp và sử dụng các cảm biến cảm ứng đó, bạn có thể xây dựng  MẠCH CHUYỂN ĐỔI CẢM ỨNG SỬ DỤNG ARDUINO .

Cảm biến màu sắc

Cảm biến màu là một thiết bị hữu ích trong việc xây dựng các ứng dụng cảm biến màu trong lĩnh vực xử lý hình ảnh, nhận dạng màu sắc, theo dõi đối tượng công nghiệp, v.v. TCS3200 là một cảm biến màu đơn giản, có thể phát hiện bất kỳ màu nào và tạo ra một sóng vuông tỷ lệ với bước sóng của màu được phát hiện.

Cảm biến màu TCS3200

Cảm biến độ ẩm

Nếu bạn thấy Hệ thống giám sát thời tiết, chúng thường cung cấp dữ liệu nhiệt độ cũng như độ ẩm. Vì vậy, đo độ ẩm là một nhiệm vụ quan trọng trong nhiều ứng dụng và Cảm biến độ ẩm giúp chúng ta đạt được điều này.

Thông thường, tất cả các cảm biến độ ẩm đều đo độ ẩm tương đối (tỷ lệ giữa hàm lượng nước trong không khí với tiềm năng giữ nước tối đa của không khí). Vì độ ẩm tương đối phụ thuộc vào nhiệt độ của không khí, hầu hết tất cả các Cảm biến độ ẩm cũng có thể đo Nhiệt độ.

Cảm biến DHT11

Cảm biến độ ẩm được phân loại thành Loại điện dung, Loại điện trở và Loại dẫn nhiệt. DHT11 và DHT22 là hai trong số các Cảm biến độ ẩm được sử dụng thường xuyên trong Cộng đồng DIY (loại trước là loại điện trở trong khi loại sau là loại điện dung).

Cảm biến độ nghiêng

Thường được sử dụng để phát hiện độ nghiêng hoặc định hướng, Cảm biến nghiêng là một trong những cảm biến đơn giản và rẻ tiền. Trước đây, các cảm biến độ nghiêng được tạo thành từ Thủy ngân (và do đó chúng đôi khi được gọi là Công tắc Thủy ngân) nhưng hầu hết các cảm biến độ nghiêng hiện đại đều chứa một quả bóng lăn.

Mô-đun cảm biến nghiêng

Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về Cảm biến là gì, phân loại cảm biến là gì và các loại cảm biến khác nhau cùng với các ứng dụng thực tế của chúng. Trong tương lai, tôi sẽ cập nhật bài viết này với nhiều cảm biến hơn và ứng dụng của chúng.

Cảm ơn quý vị đã tham khảo bài viết!

Tham khảo: electronicshub

5/5 (1 Review)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.