وبلاگ در باره پیشرفت در نوردهی و سنسورهای نزدیکی برنامه های کاربردی آینده

تصور کنید وارد اتاقی با نور کم می‌شوید که چراغ‌ها به طور خودکار روشن می‌شوند، یا صفحه تلفن شما در حین تماس برای صرفه‌جویی در باتری خاموش می‌شود. این تجربیات هوشمندانه و به ظاهر شهودی، توسط دو قهرمان گمنام امکان‌پذیر شده‌اند: حسگرهای نور محیط و حسگرهای مجاورت. این مقاله به بررسی اصول، ویژگی‌ها و کاربردهای این فناوری‌ها، همراه با آینده امیدوارکننده آن‌ها در دستگاه‌های هوشمند و اینترنت اشیا می‌پردازد.

حسگرهای نور محیط، روشنایی محیط را با تبدیل سیگنال‌های نوری به سیگنال‌های الکتریکی اندازه‌گیری می‌کنند. این حسگرها در زندگی مدرن فراگیر شده‌اند و در تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها، تلویزیون‌ها، سیستم‌های ناوبری خودرو و راه‌حل‌های روشنایی هوشمند ظاهر می‌شوند.

قلب یک حسگر نور محیط معمولاً از فوتودیودها یا فوتوترانزیستورها تشکیل شده است—اجزایی که انرژی نور را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کنند. هنگامی که نور به این عناصر حساس به نور برخورد می‌کند، جریانی متناسب با شدت نور تولید می‌کنند. سپس این جریان تقویت و پردازش می‌شود تا سطوح روشنایی تعیین شود.

این حسگرها در دو نوع اصلی ارائه می‌شوند:

• حسگرهای خروجی آنالوگ:طراحی‌های ساده‌تری با فقط یک فوتودیود و تقویت‌کننده جریان دارند که برای پردازش سیگنال به مدار خارجی نیاز دارند.
• حسگرهای خروجی دیجیتال:فوتودیودها، تقویت‌کننده‌ها، مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال و منطق رابط را در بسته‌های یکپارچه ادغام می‌کنند که سیگنال‌های دیجیتال آماده استفاده را خروجی می‌دهند.

عوامل متعددی عملکرد حسگر را تعیین می‌کنند:

• پاسخ طیفی:حسگرهای ایده‌آل، حساسیت چشم انسان را در سراسر طول موج‌های نور برای درک دقیق در شرایط نوری مختلف تقلید می‌کنند.
• حساسیت:مدل‌های با حساسیت بالا، تغییرات ظریف نور را تشخیص می‌دهند که برای دستگاه‌های پزشکی و ابزارهای دقیق بسیار مهم است.
• محدوده دینامیکی:حسگرهای با محدوده وسیع، دقت را از فضاهای داخلی تاریک تا محیط‌های بیرونی روشن حفظ می‌کنند.
• پایداری دما:حسگرهای قابل اعتماد، نوسانات عملکرد را در سراسر تغییرات دما به حداقل می‌رسانند.

این حسگرها ویژگی‌های هوشمندانه متعددی را فعال می‌کنند:

• تنظیم خودکار روشنایی صفحه نمایش در دستگاه‌های تلفن همراه
• نور پس‌زمینه تطبیقی ​​صفحه کلید در لپ‌تاپ‌ها
• بهینه‌سازی نمایشگر پویا در تلویزیون‌ها
• تغییر حالت روز/شب در سیستم‌های ناوبری خودرو
• کنترل روشنایی هوشمند در ساختمان‌های هوشمند
• نظارت بر محیط زیست برای کشاورزی و هواشناسی

این حسگرهای بدون تماس، اشیاء نزدیک را با استفاده از امواج الکترومغناطیسی، نور یا انرژی مافوق صوت تشخیص می‌دهند. آن‌ها نقش‌های مهمی در اتوماسیون صنعتی، لوازم الکترونیکی مصرفی و سیستم‌های خودرو ایفا می‌کنند.

اصول عملیاتی مختلف، انواع حسگرهای متمایزی را ایجاد می‌کنند:

• حسگرهای مادون قرمز:پرتوهای IR منعکس شده را برای عملکردهای ضد لمس تلفن هوشمند تشخیص می‌دهند
• حسگرهای خازنی:تغییرات میدان الکتریکی را برای صفحه‌های لمسی و سوئیچ‌ها اندازه‌گیری می‌کنند
• حسگرهای القایی:اشیاء فلزی نزدیک را از طریق تغییرات القایی شناسایی می‌کنند
• حسگرهای فراصوت:فاصله‌ها را با استفاده از زمان سفر موج صوتی محاسبه می‌کنند
• حسگرهای راداری:تشخیص پیشرفته اشیاء را برای وسایل نقلیه خودران فراهم می‌کنند

همه حسگرهای مجاورت از دنباله اساسی یکسانی پیروی می‌کنند: انتشار انرژی، تشخیص بازتاب و پردازش سیگنال. به عنوان مثال، حسگرهای مادون قرمز طول موج‌های خاصی را منتشر می‌کنند، شدت بازتاب را اندازه‌گیری می‌کنند، این را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند و مجاورت را بر اساس قدرت سیگنال تعیین می‌کنند.

مشخصات کلیدی شامل موارد زیر است:

• محدوده و دقت تشخیص
• زمان پاسخ برای برنامه‌های پویا
• مقاومت در برابر تداخل در تنظیمات صنعتی
• سازگاری با محیط زیست در سراسر دمای شدید و رطوبت

حسگرهای مجاورت فعال می‌کنند:

• غیرفعال کردن صفحه نمایش تلفن هوشمند در حین تماس
• اتوماسیون صنعتی برای شمارش و موقعیت‌یابی اشیاء
• ناوبری رباتیک و اجتناب از موانع
• سیستم‌های ایمنی خودرو مانند سنسورهای پارک
• رابط‌های بدون تماس در تجهیزات پزشکی

دستگاه‌های مدرن به طور فزاینده‌ای حسگرهای ترکیبی را اتخاذ می‌کنند که تشخیص نور و مجاورت را در بسته‌های واحد ادغام می‌کنند. این راه‌حل‌های یکپارچه ارائه می‌دهند:

• صرفه‌جویی در فضا برای دستگاه‌های جمع و جور
• بهره‌وری انرژی برای عمر باتری طولانی‌تر
• ادغام سیستم ساده شده
• عملکرد پیشرفته از طریق الگوریتم‌های بهینه شده

برنامه‌ها شامل تلفن‌های هوشمند (ترکیب روشنایی خودکار و تشخیص حرکت)، دستگاه‌های پوشیدنی (برای ردیابی فعالیت) و سیستم‌های خانه هوشمند (فعال کردن کنترل روشنایی بصری) می‌شوند.

با پیشرفت فناوری‌های IoT، AI و 5G، حسگرهای نور و مجاورت به سمت موارد زیر تکامل خواهند یافت:

• اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر
• کاهش مصرف انرژی
• فاکتورهای فرم مینیاتوری
• قابلیت‌های تصمیم‌گیری تقویت‌شده با هوش مصنوعی
• حسگر محیطی چند منظوره

از شهرهای هوشمند گرفته تا وسایل نقلیه خودران، این فناوری‌های حسگر بنیادی به دگرگونی نحوه تعامل ما با دنیای فزاینده هوشمند ما ادامه خواهند داد.