תכנות בקר ארדואינו
Arduino
דיודת לייזר וחיישן לייזר
דיודת לייזר היא סוג של LED שבתוכה נמצאים חצאי מוליכים בשילוב חומרים שבזמן הזרמת זרם דרכה נפלטים פוטונים ("חלקיקי אור") בתחום תדרים של לייזר - לייזר זו קרן אור מרוכזת וממוקדת ובעלת עוצמה חזקה הרבה יותר מפנס תאורה רגיל.
דיודות לייזר בעוצמות שונות נמצאות בשימושים רבים החל ממצביעים שונים בכיתת הלימוד, ועד למצביעים חזקים כשמסבירים בשטח על הכוכבים בשמיים. משתמשים בלייזר במערכות אבטחה, במערכות נגנים תקליטורים או DVD וגם בתהליכי יצור ובעוד שימושים רבים אחרים.
שימוש במערכות אבטחה, עובד על זיהוי חיתוך של קרן הלייזר על ידי פורצים ולשם זיהוי החיתוך שמים מול הדיודה המאירה, חיישן לייזר שמזהה את הקרן ויודע להעביר מידע למערכת הבקרה בהתאם.
חשוב!!! קרן לייזר יכולה להיות מאוד מסוכנת למשתמש גם בעוצמות נמוכות ולכן בעבודה עם דיודת לייזר יש להתמגן בהתאם עם משקפיים מתאימים או כל מיגון אחר בפני קרינת הלייזר.
עקרון פעולה של דיודת לייזר
המונח לייזר LASER הוא ראשי תיבות של: Light amplification by stimulated emission of radiation, שמשמעותו הגברת אור על ידי עירור פליטה של קרינה אלקטרומגנטית. קרינה לייזר היא קרינת אור באורך גל יחיד או בתחום צר מאוד של אורכי גל ולכן יש לה צבע אחיד. בתוך הדיודה יש מספר שכבות של חצאי מוליך מסוג N או P המבוססים על שילוב החומרים GaAs - גליום ארסניד. על ידי שליחת מתח וזרם בערך מסויים יש העצמה של תנועת אלקטרונים בין חלקי הדיודה ונוצרים התנגשויות שגורמים לפליטת פוטון (חלקיק אור). תופעה זו מאוד דומה לתהליך המתרחש בתוך LED, אבל יש הבדל משמעותי בארכיטקטורה של דיודת הלייזר אשר מכילה תעלות צרות המובילות את הקרינה בצורה ישרה וכך מתקבל אורך גל יחיד, לעומת LED בו הקרינה הולכת לכל הכיוונים ומקבלים פיזור של אורכי גלים.
קרינת לייזר היא בתחום אורכי גל 700-1000 ננו-מטר. בנגני תקליטורים CD-ROM אורך הגל בערך 780 nM. בנגני DVD אורך הגל 680 nM. אורכי הגל של הלייזר נמצאים התחום של אינפרא אדום, ובאופן יותר ספציפי IR קרוב (כפי שרואים בתמונה)
יש מגוון רחב של שימושים בדיודת לייזר ולכל שימוש יש דיודה המפיקה אורך גל מתאים, החל ממצביע פשוט דרך מכשירי מדידה וסימון ועד חיתוך בלייזר בתעשייה או מערכות הגנה נגד טילים.
מבנה וחיבור של דיודת לייזר
כפי שהזכרנו הלייזר הוא בעצם כמו LED והפעלתו מאוד דומה. יש לו 3 חיבורים: GND שמתחבר ל GND של הבקר, ו- SIGNAL שמתחבר לפין דיגיטלי שיוזם את העירור הנדרש ליצירת הלייזירה. הפין האמצעי לא תמיד בשימוש, ישנם מודולים בהם הפין האמצעי מתחבר לVCC שמקבל 5 וולט, ואילו באחרים אין צורך לחבר כלל.
המודול בתמונה הינו בעל הספק של 100mW ומייצר לייזר אדום באורך גל של 650 nM, בדומה למצביעים המקובלים בכיתה.
מבנה וחיבור של חיישן לייזר
בישומים בהם אנו רוצים לזהות חיתוך של קרן הלייזר אנו משתמשים בחיישן לייזר. החיישן מורכב בבסיסו מפוטודיודה (כמו חיישן אור) ורכיבים אלקטרונים נוספים להגברה ויצוב של המתחים, ועדשות הקולטות את הקרן ומכוונות אל החיישן. החיישן מקבל מתח של 4.5-5.5 וולט ומוציא אות דיגיטלי. על המודול יש גם נורה LED שנותנת חיווי על זיהוי קרן לייזר או לא.
לחיישן יש שלושה פינים: GND שמתחבר ל-GND של הבקר, OUT שמתחבר לפין דיגיטלי ו-VCC שמקבל 5 וולט. החיישן עצמו נתון בתוך תושבת 3 רגלים שניתן לשלוף אותו לחבר חוטים מאריכים וכך למקם אותו במקום מרוחק מבסיס המודול.
תכנות של דיודה וחיישן לייזר
שני הרכיבים הם דיגיטלים, אחד הוא פלט והשני קלט ולכן יש להגדיר את פיני החיבור שלהם בהתאם ב-SETUP עם פקודת pinMode.
pinMode(laserDiodePin,OUTPUT);
pinMode(laserReceiverPin,INPUT);
שני המשתנים בפקודת pinMode מוגדרים בראש התוכנית:
#define laserDiodePin 2
#define laseRecieverPin 3
כדי להדליק את הלייזר פשוט נביא את ערך הפין המחובר ל HIGH
digitalWrite(laserDiodePin,HIGH);
כדי לבדוק האם האם החיישן קולט את קרן הלייזר נקרא את הערך בפין המחובר אליו. ערך HIGH מורה שזוהתה קרן לייזר, וערך LOW מראה שאין פגיעה של קרן הלייזר בחיישן:
int laserDetected = digitalRead(laserReceiverPin);
if( laserDetected == HIGH){
Serial.println("Laser detected");
}
else{
Serial.println("No laser was detected");
}
תוכנית דוגמא:
משחק פגיעה למטרה עם חיישן לייזר ומצביע לייזר. החיישן ממוקם במרכז המטרה. פגיעה בחיישן גורמת להפעלת זמזם והדלקת נורה אדומה.
מקורות עזר:
.1 אתר ALL ABOUT CIRCUITS - מבוא לדיודות לייזר
2. אתר ELECTRONICS COACH - מה זה דיודת לייזר?