اتصالات الأشعة تحت الحمراء

يتوافق نطاق الأشعة تحت الحمراء للمغناطيس الكهربائي مع “430 هرتز” إلى “300 جيجاهرتز” وطول موجة “980 نانومتر”، كما يمكن استخدام انتشار الموجات الضوئية في هذا النطاق لنظام الاتصال لإرسال واستقبال البيانات، حيث يمكن أن يكون هذا الاتصال بين جهازين محمولين أو بين جهاز محمول وجهاز ثابت.

أنواع اتصالات الأشعة تحت الحمراء:

1- من نقطة إلى نقطة:

يتطلب خط رؤية بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال، كما يجب توجيه جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال إلى بعضهما البعض، ويجب ألّا يكون هناك أي عوائق بينهما، كاتصال التحكم عن بعد.

2- نقطة الانتشار:

لا تتطلب أي خط رؤية ويتم الحفاظ على الرابط بين المرسل والمستقبل من خلال عكس أو ارتداد الإشارة المرسلة بواسطة أسطح، مثل نظام اتصال “LAN” اللاسلكي.

• “LAN” هو اختصار لـ “Local Area Network”.

مزايا اتصالات IR:

1- الأمان:

يتميز الاتصال بالأشعة تحت الحمراء بالاتجاهية العالية ويمكنه تحديد المصدر، حيث تصدر المصادر المختلفة إشعاعاً بترددات مختلفة، وبالتالي يتم التخلص من خطر نشر المعلومات.

2- السلامة:

الأشعة تحت الحمراء ليست ضارة بالبشر، ومن ثم يمكن استعمال الاتصال بالأشعة تحت الحمراء في أي مكان.

3- اتصال بيانات عالي السرعة:

يبلغ معدل بيانات الاتصال بالأشعة تحت الحمراء تقريباً “1 جيجابت في الثانية”، ويمكن استعماله لإرسال معلومات مثل إشارة الفيديو.

أساسيات الاتصال بالأشعة تحت الحمراء:

1- انتقال الأشعة تحت الحمراء:

جهاز إرسال “IR LED” داخل دائرته والذي يبعث ضوء الأشعة تحت الحمراء لكل نبضة كهربائية تعطى له كما يتم إنشاء هذه النبضة عند الضغط على زر في جهاز التحكم عن بُعد، وبالتالي إكمال الدائرة ممّا يوفر تحيزاً لمصباح “LED”، ويُصدر مؤشر “LED” عند كونه متحيزاً ضوءاً بطول موجة “940 نانومتر” كسلسلة من النبضات وتتوافق مع الزر المضغوط.

ومع ذلك نظراً لوجود العديد من المصادر الأخرى لضوء الأشعة تحت الحمراء ومرافقة مع “IR LED” مثل المصابيح الكهربائية والشمس، يمكن أن تتداخل المعلومات المرسلة، وحل هذه المشكلة هو التضمين كما يتم تشكيل الإشارة المبعوثة باستعمال تردد الموجة الحاملة “38 كيلو هرتز”، أو أي تردد آخر بين “36 كيلو هرتز” إلى “46 كيلو هرتز”، وتم تخطيط “IR LED” عند هذا التردد طوال المدة الزمنية للنبض، ويتم تعديل المعلومات أو الإشارات الضوئية بعرض النبضة وهي مضمنة في تردد “38 كيلو هرتز”.

• “LED” هو اختصار لـ “Light Emitting Diode”.

• “IR” هو اختصار لـ “infrared”.

2- استقبال الأشعة تحت الحمراء:

يتكون جهاز الاستقبال من جهاز كشف ضوئي يعمل على تطوير إشارة كهربائية ناتجة عند سقوط الضوء عليه كما يتم ترشيح ناتج الكاشف باستعمال مرشح ضيق النطاق، ويتجاهل جميع الترددات الموجودة أسفل أو أعلى تردد الموجة الحاملة، ثم يتم إعطاء الناتج المفلتر للجهاز المناسب، مثل متحكم دقيق أو معالج دقيق يتحكم في أجهزة مثل الكمبيوتر الشخصي أو الروبوت، ويمكن أيضاً توصيل ناتج المرشحات بجهاز الذبذبات لقراءة النبضات.

أجزاء نظام اتصالات الأشعة تحت الحمراء:

أولاً: مرسل الأشعة تحت الحمراء ومستشعر الأشعة تحت الحمراء:

مستشعر الأشعة تحت الحمراء “IR”: هو جهاز إلكتروني يشع أو يحدد موقع الأشعة تحت الحمراء لاستشعار جزء من محيطه، لوا يمكن كشفها للعين البشرية، ويمكن استخدام المستشعرات كجزء من قياس درجة حرارة الإشعاع دون أي اتصال، ولمختلف نطاقات درجة حرارة الإشعاع تتوفر فلاتر مختلفة.

يمكن اعتبار مستشعر الأشعة تحت الحمراء من نوع “Polaroid” الذي يتذكر بإيجاز كيفية ظهور الأشعة تحت الحمراء في المنطقة، ومن المعتاد جداً تنسيق مستشعر الأشعة تحت الحمراء في مؤشرات الحركة مثل تلك المستخدمة كميزة للأنظمة الأمنية الخاصة أو التجارية، كما يظهر مستشعر الأشعة تحت الحمراء في الشكل، وفي الأساس له طرفان موجب وسالب، وهذه المستشعرات لا يمكن اكتشافها للعين البشرية.

يمكنهم تحديد قيمة حرارة الجسم وتحديد الحركة أيضاً، والطول الموجي للمنطقة تقريباً من “0.75 ميكرومتر” إلى “1000 ميكرومتر” هو منطقة الأشعة تحت الحمراء، ومنطقة الطول الموجي من “0.75 ميكرومتر” إلى “3 ميكرومتر” تسمى الأشعة تحت الحمراء القريبة، والمنطقة من “3 ميكرومتر” إلى “6 ميكرومتر” تسمى الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، والمنطقة الأعلى من “6 ميكرومتر” تسمى الأشعة تحت الحمراء البعيدة، وتنبعث مستشعرات الأشعة تحت الحمراء بتردد “38 كيلو هرتز”.

1- ميزات مستشعر الأشعة تحت الحمراء:

• جهد الإدخال هو “5VDC”.

• نطاق الاستشعار هو “5 سم”.

• إشارة الناتج هو الجهد التماثلي.

• عنصر الانبعاث هو “LED” الأشعة تحت الحمراء.

2- تطبيقات مستشعر الأشعة تحت الحمراء:

تُستعمل مستشعرات الأشعة تحت الحمراء في الغالب في مقياس حرارة الإشعاع وأجهزة تحليل الغاز والتطبيقات الصناعية، وأجهزة التصوير بالأشعة تحت الحمراء والتتبع واكتشاف جسم الإنسان والاتصالات والمخاطر الصحية.

يتم توصيل الصمام الثنائي “IR” من خلال مقاومة التيار المستمر، ويتم توصيل الصمام الثنائي للصور في حالة منحازة عكسية، ومن خلال مقسم محتمل لمقاومة متغيرة “10 كيلو” و”1 كيلو” في سلسلة بقاعدة الترانزستور، بينما تسقط الأشعة تحت الحمراء على الصمام الثنائي الضوئي المنحاز العكسي فإنّها تقوم بإحداث جهد في قاعدة الترانزستور.

ثم يعمل الترانزستور كمفتاح بينما يذهب المجمع إلى الأرض، وبمجرد إعاقة الأشعة تحت الحمراء لا يكون جهد القيادة متاحاً للترانزستور وبالتالي يرتفع جامعه، ويمكن استخدام هذا المنطق المنخفض إلى العالي لإدخال المتحكم الدقيق لأي إجراء حسب البرنامج.

ثانياً: مستقبل الأشعة تحت الحمراء أو مستشعر “TSOP”:

مستشعر “TSOP”: هي سلسلة مستقبلات التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء القياسية، وتدعم جميع رموز الإرسال الرئيسية، وقادر على استقبال الأشعة تحت الحمراء المعدلة عند “38 كيلو هرتز” وهو حساس لتردد معين، لذا فإنّ مداها يتناقض بشكل أفضل مع الصمام الثنائي للصور العادية، ويمكن تغييره حتى “15 سم”.

يعمل “TSOP” كجهاز استقبال، ولديها ثلاثة دبابيس “GND” و”Vs” و”OUT”، حيث أنّ “GND” متصل بأرضية مشتركة و”Vs” متصل بـ “+ 5 فولت” و”OUT” متصل بدبوس الناتج، كما يحتوي مستشعر “TSOP” على دائرة تحكم داخلية؛ لتضخيم النبضات المشفرة من جهاز إرسال الأشعة تحت الحمراء، حيث تُستخدم هذه بشكل شائع في أجهزة استقبال التلفاز عن بعد، ولا تستشعر مستشعرات “TSOP” سوى تردد معين.

• “GND” هو اختصار لـ “Ground”.

1- سمات مستشعر TSOP:

• المضخم وكاشف الصور كلاهما في عبوة واحدة.

• مرشح داخلي لتردد “PCM“.

• تدريع محسّن ضد اضطراب المجال الكهربائي.

• التوافق مع “TTL” و”CMOS”.

• الناتج نشط منخفض.

• استهلاك منخفض للطاقة.

• مناعة عالية ضد الضوء المحيط.

• إمكانية نقل البيانات بشكل مستمر.

ملاحظة :“CMOS” هو اختصار لـ “Complementary metal oxide semiconductor”.

ملاحظة: “TTL” هو اختصار لـ “Time to live” و”PCM” هو اختصار لـ “Pulse Code Modulation”.

2- خصائص مستشعر TSOP”:

• جهد العرض “-0.3 فولت” –  “6.0 فولت”.

• العرض الحالي هو “5 مللي أمبير”.

• جهد الناتج هو “-0.3 فولت” – “6.0 فولت”.

• تيار الناتج هو “5 مللي أمبير”.

• نطاق درجة حرارة التخزين “-25 درجة مئوية” – “+ 85 درجة مئوية”.

• نطاق درجة حرارة التشغيل “-25 درجة مئوية” – “+ 85 درجة مئوية”.

عندما نضغط على زر جهاز التحكم عن بعد في التلفاز أمام مستشعر “TSOP” وإذا بدأ مؤشر “LED” في الوميض، فإنّ مستشعر “TSOP” واتصاله يكون صحيحاً، والنقطة التي يكون فيها ناتج “TSOP” منخفضاً أي في الوقت الذي يخصص فيه إشارة الأشعة تحت الحمراء من مصدر، بتردد مركزي يبلغ “38 كيلو هرتز” يكون ناتجه منخفضاً.

يتم استخدام مستشعر “TSOP” في جهاز التحكم عن بعد في التلفاز و”VCD” ونظام الموسيقى للاستخدام اليومي، حيث يتم إرسال الأشعة تحت الحمراء من خلال النقر على زر على جهاز التحكم عن بعد والذي يستقبله مستقبل “TSOP” داخل الجهاز.

• “VCD” هو اختصار لـ “Video Capture Device”.