Diodi LED IR
(650)I diodi LED IR (infrarossi) sono una soluzione popolare in almeno due settori: l'illuminazione per impianti di monitoraggio e la comunicazione wireless. Sono disponibili in formati simili agli elementi che emettono luce visibile e sono caratterizzati da parametri elettrici simili. I loro indubbi vantaggi includono costi molto bassi e facilità di implementazione.
I raggi infrarossi come metodo di illuminazione
La luce infrarossa, chiamata anche IR (dall'inglese infrared), è una radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda da circa 1nm a 700nm. Poiché tali frequenze sono invisibili all'occhio umano e allo stesso tempo sono sicure per la salute, vengono utilizzate in sistemi di controllo e comunicazione wireless, sensori e molte altre applicazioni. Vengono anche utilizzati in molti metodi di ricerca scientifica.
Ad esempio la radiazione con una lunghezza d'onda da 840 nm a 960 nm, viene utilizzata come illuminazione registrata da apposite telecamere. Questi dispositivi consentono osservazioni nell'oscurità (apparente), ad es. nei sistemi di sorveglianza (CCTV) o con l'aiuto delle cosiddette foto-trappole (senza manutenzione, attivati da sensori di movimento della telecamera). L'"invisibilità" delle onde infrarosse le rende utilizzate in molti sistemi di allarme. Nel settore automotive, le sorgenti a infrarossi miniaturizzate vengono utilizzate come illuminazione non invasiva della cabina nell'ambito della tecnologia ICMS (in-cabin monitoring system). Grazie a questo sistema, il computer di bordo analizza il comportamento del conducente anche di notte: in caso di pericolo (ad es. quando il conducente perde conoscenza), il sistema ICMS attiva automaticamente un allarme e frena gradualmente il veicolo. In quest'area i LED IR vengono utilizzati anche per illuminare l'ambiente per i sensori che monitorano il traffico intorno all'auto. Un'applicazione correlata sono le interfacce che riconoscono i gesti dell'utente - anch'essi si basano sulla registrazione di immagini nello spettro infrarosso.
Fig. 1. Luce visibile, registrata dal CCD ed emessa da diodi LED IR tenendo conto dei valori.
Il grafico (Fig. 1) presenta un confronto dei valori medi e inclusi per gli spettri: sensibilità dell'occhio umano (linea rossa); sensibilità di un tipico sensore CCD, utilizzato ad es. nelle telecamere di sorveglianza (linea blu); emissione di luce infrarossa per esempio da diodi LED IR – linea gialla (modelli 840-870nm), linea viola (modelli 920-960nm).
Raggi infrarossi nella comunicazione wireless
I LED a infrarossi vengono utilizzati anche nella trasmissione dati wireless. L'esempio di punta di tale applicazione sono i telecomandi TV. Tuttavia, molti prodotti offerti nel catalogo della TME sono caratterizzati da una potenza molto più elevata di quella richiesta da un tipico telecomando TV.
La trasmissione dei dati mediante segnali a radiazione infrarossa viene utilizzata, ad es. negli impianti di produzione, dove viene utilizzata per la comunicazione di tipo M2M (machine-to-machine). Un'altra area in cui i LED IR ad alta potenza fungono da trasmettitore, sono i pannelli utilizzati per la trasmissione audio wireless (in forma digitale). Spesso vengono installati in sale didattiche, cinema e teatri, dove trasmettono il segnale audio della traduzione a ricevitori tascabili, ad es. durante conferenze internazionali, film, teatri, festival lirici, ecc. Sebbene questo metodo di trasmissione abbia perso la sua popolarità nell'ultimo decennio, il suo grande vantaggio è la facilità di implementazione (impianti temporanei), nonché resistenza alle interferenze elettromagnetiche causate da telefoni e apparecchiature sceniche.
La maggior parte delle piattaforme di microcontrollori (AVR, PIC, Arduino, ecc.) e i sistemi monoscheda, dispongono di librerie gratuite che consentono la trasmissione di comandi con l'utilizzo di protocolli standard di trasmissione a infrarossi (SIRC, RC5, RC5, ecc.). Dal punto di vista hardware, il collegamento del LED IR al un circuito controllato, ad es. da un microcontrollore, non costituisce il minimo problema, poiché anche un normale transistor può svolgere la funzione di driver. Anche se, ovviamente, si tratta di un esempio semplificato – nella maggior parte dei casi, la soluzione migliore sarà un sistema dedicato che consenta il controllo dell'emissione ad alta frequenza.
Va tenuto presente che la comunicazione tramite radiazione infrarossa è spesso impossibile (o gravemente limitata) in luoghi soleggiati.
Parametri importanti dei diodi LED IR
Nella specifica dei prodotti di questa categoria troveremo una serie di valori tipici dei LED: potenza, corrente massima, tensione di esercizio, metodo di montaggio. Gli elementi a infrarossi (specialmente quando fungono da forma di illuminazione) sono spesso collocati in matrici - e pertanto la loro variante popolare sono gli alloggiamenti SMD .
A seconda dell'applicazione, varieranno le necessità di spazio illuminato dalla radiazione infrarossa. Per la trasmissione dei segnali di comando o il monitoraggio del conducente da parte del sistema ICMS, è necessario un angolo di emissione piuttosto ristretto, mentre l'illuminazione per i sistemi di monitoraggio deve coprire l'intera area osservata dalla telecamera. Pertanto i diodi sono caratterizzati da angoli di illuminazione da 3° a 160°- questo valore è solitamente menzionato tra i parametri base di un determinato elemento.
La lunghezza d'onda della radiazione emessa può essere estremamente importante. Nel caso dell'illuminazione, questa deve rispettare le caratteristiche del sensore utilizzato, mentre nelle applicazioni di comunicazione è importante ricordare la compatibilità tra gli elementi utilizzati per la trasmissione e ricezione. I ricevitori IR sono caratterizzati da selettività – grazie alla quale sono resistenti alle interferenze (es. sorgenti luminose visibili); i LED IR devono quindi essere scelti in modo che la radiazione venga registrata dall'elemento optoelettrico. In definitiva, per molte applicazioni, la potenza ottica del diodo sarà cruciale. Sia il raggio di trasmissione, che l'intensità dell'illuminazione, dipendono da esso. L'offerta della TME comprende LED IR con potenza da 0,2mW (utilizzati nei sensori a risparmio energetico) a prodotti la cui potenza supera 1W (elementi tipici per il monitoraggio notturno).
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