Для нашего следующего проекта мы будем использовать фоторезистор. А рассмотрим мы реализацию ночника в спальню, который будет автоматически включаться когда темно и выключаться когда становится светло.
Сопротивление фоторезистора зависит от света, попадающего на него. Используя фоторезистор в связке с обычным резистором 4.7 кОм, мы получаем делитель напряжения, в котором напряжение проходящее через фоторезистор, изменяется, в зависимости от уровня освещенности.
Напряжение с делителя, мы подаем на вход АЦП Arduino. Там мы сравниваем полученное значение с определенным порогом и включаем или выключаем светильник.
Принципиальная схема делителя показана ниже. Когда освещенность увеличивается, сопротивление фоторезистора падает и соответственно на выходе делителя (и входе АЦП) напряжение увеличивается. Когда освещенность падает все наоборот.
На фото ниже, показана собранная схема на макетной плате. Напряжения 0В и 5В берутся с Arduino. Ножка А0 используется как вход АЦП.
Ниже показан скетч Arduino. В данном уроке мы просто включаем и выключаем LED, который встроен в плату Arduino. Более яркий LED-светодиод, вы можете подключить к ноге 13 (через резистор ~220 Ом). Если будете подключать более мощную нагрузку, такую как лампу накаливания, то ее следует подключать через реле или тиристор.
В коде программы есть закомментированные участки, они служат для отладки. Можно будет контролировать значение АЦП (от 0 до 1024). Также, необходимо в коде изменить значение 500 (порог включения и выключения) на то, которое вы подберете опытным путем, изменяя освещенность.
/* ** Ночник ** ** www.hobbytronics.co.uk */ int sensorPin = A0; // устанавливаем входную ногу для АЦП unsigned int sensorValue = 0; // цифровое значение фоторезистора void setup() { pinMode(13, OUTPUT); Serial.begin(9600); // старт последовательного вывода данных (для тестирования) } void loop() { sensorValue = analogRead(sensorPin); // считываем значение с фоторезистора if(sensorValue<500) digitalWrite(13, HIGH); // включаем else digitalWrite(13, LOW); // выключаем // Для отладки раскомментируйте нижеследующие строки //Serial.print(sensorValue, DEC); // вывод данных с фоторезистора (0-1024) //Serial.println(""); // возврат каретки //delay(500); }
Фоторезисторы дают вам возможность определять интенсивность освещения.
Они маленькие, недорогие, требуют мало энергии, легки в использовании, практически не подвержены износу.
Именно из-за этого они часто используются в игрушках, гаджетах и приспособлениях. Конечно же, DIY-проекты на базе Arduino не могли обойти своим вниманием эти замечательные датчики.
Фоторезисторы по своей сути являются резисторами, которые изменяют свое сопротивление (измеряется в Ом) в зависимости от того, какое количество света попадает на их чувствительные элементы. Как уже говорилось выше, они очень дешевые, имеют различные размеры и технические характеристики, но в большинстве своем не очень точные. Каждый фоторезистор ведет себя несколько иначе по сравнению с другим, даже если они из одной партии от производителя. Различия в показаниях могут достигать 50% и даже больше! Так что рассчитывать на прецизионные измерения не стоит. В основном их используют для определения общего уровня освещенности в конкретных, "локальных", а не "абсолютных" условиях.
Фоторезисторы являются отличным выбором для решения задач вроде "вокруг темно или светло", "есть ли что-то перед датчиком (что ограничивает поступление света)", "какой из участков имеет максимальный уровень освещенности".
Среднестатистические технические характеристики фоторезисторов
Приведенные ниже технические характеристики относятся к фоторезисторам из магазина Adafruit. Эти фоторезисторы обладают характеристиками, схожими с PDV-P8001. Практически все фоторезисторы имеют различные технические характеристики, хотя работают они очень схоже. Если продавец дает вам ссылку на даташит вашего фоторезистора, ознакомьтесь именно с ними, а не с тем, что изложено ниже.
- Размер: круглый, 5 мм (0.2") в диаметре (другие фоторезисторы могут достигать до 12 мм / 0.4" в диаметре!).
- Цена: около $1.00 в магазине Adafruit.
- Диапазон сопротивления: от 200 кОм (темно) до 10 кОм (светло).
- Диапазон чувствительности: чувствительные элементы фиксируют длины волн в диапазоне от 400 нм (фиолетовый) до 600 нм (оранжевый).
- Питание: любой с напряжением до 100 В, используют силу тока в среднем около 1 мА (зависит от напряжения питания).
Проблемы при использовании нескольких сенсоров
Если при добавлении дополнительных сенсоров оказывается, что температура inconsistant, это значит, что сенсоры перекрывают друг друга при считывании информации с различных аналоговых пинов. Исправить это можно, добавив два считывания с задержками и отображением первого.
Измерение уровня освещенности
Как мы уже говорили, сопротивление фоторезистора изменяется в зависимости от уровня освещения. Когда темно, сопротивление резистора увеличивается до 10 МОм. С увеличением уровня освещенности сопротивление падает. Приведенный ниже график отображает приблизительное сопротивление сенсора при разных условиях освещения. Не забывайте, что характеристика каждого отдельного фоторезистора будет несколько отличаться, эти характеристики отображают только общую тенденцию.
Обратите внимание, что характеристика нелинейная, а имеет логарифмический характер.
Фоторезисторы не воспринимают весь диапазон световых волн. В большинстве исполнений они чувствительны к световым волнам в диапазоне между 700 нм (красный) и 500 нм (зеленый).
То есть индикация диапазона световых волн, который соответствует голубому, не будет таким же эффективным как индикация зеленого/желтого диапазона!
Что такое единица измерения «люкс»?
В большинстве даташитов используется люкс (лк) для обозначения сопротивления при определенном уровне освещенности. Но что это такое - лк? Это не метод, который мы используем для описания яркости, так что он привязан непосредственно к датчику. Ниже приведена таблица соответствий, которая была взята с Wikipedia.
Проверка фоторезистора
Самый простой метод проверки вашего фоторезистора - подключить мультиметр в режиме измерения сопротивления к двум контактам сенсора и отследить изменение сопротивления на выходе, когда вы накрываете сенсор своей ладонью, выключаете свет в помещении и т.п. Так как сопротивление изменяется в больших диапазонах, автоматический режим отрабатывает хорошо. Если у вас нет автоматического режима или он некорректно отрабатывает, попробуйте диапазон 1 МОм и 1 кОм.
Подключение фоторезистора
Так как фоторезисторы по сути являются сопротивлением, они не имеют полярности. Это значит, что вы можете их подключать их ноги "как угодно" а они будут работать!
Фоторезисторы реально неприхотливы. В можете их припаять, установить их на монтажную плату (breadboard), использовать клипсы для подключения. Единственное, чего стоит делать - слишком часто изгибать "ноги", так как они запросто могут отломаться.
Использование фоторезисторов
Метод считывания аналогового напряжения
Самый простой вариант использования: подключить одну ногу к источнику питания, вторую - к земле через понижающий резистор. После этого точка между резистором с постоянным номиналом и переменным резистором - фоторезистором - подключается к аналоговому входу микроконтроллера. На рисунке ниже показана схема подключения к Arduino .
В этом примере подключается источник питания 5 В, но не забывайте, что вы с таким же успехом можете использовать питание 3.3 В. В этом случае аналоговые значения напряжения будут в диапазоне от 0 до 5 В, то есть приблизительно равны напряжению питания.
Это работает следующим образом: при понижении сопротивления фоторезистора суммарное сопротивление фоторезистора и понижающего резистора уменьшается от 600 кОм до 10 кОм. Это значит, что ток, проходящий через оба резистора, увеличивается, что приводит к повышению напряжения на резистора с постоянным сопротивлением 10 кОм. Вот и все!
В этой таблице приведены приблизительные значения аналогового напряжения на основании уровня освещенности/сопротивления при подключении напряжения питания 5 В и 10 кОм понижающего резистора.
Если вы хотите использовать сенсор на ярко освещенной территории и использовать резистор 10 кОм, он быстро "сдуется". То есть он практически моментально достигнет допустимого уровня напряжения 5 В и не сможет различать более интенсивное освещение. В этом случае вам стоит заменить резистор на 10 кОм на резистор 1кОм. При такой схеме резистор не сможет определять уровень темноты, но лучше определи оттенки высокого уровня освещенности. В общем, вам стоит с этим поиграться в зависимости от ваших условий!
Кроме того, вы также сможете использовать формулу "Axel Benz" для базовых измерений минимального и максимального значения сопротивления с помощью мультиметра и дальнейшего нахождения значения сопротивления резистора с помощью: Понижающий резистор = квадратный корень(Rmin * Rmax), что в результате даст вам гораздо лучший результат в виде:
В таблице выше приведены приблизительные значения аналогового напряжения при использовании сенсора с питанием от 5 В и понижающим резистором 1 кОм.
Не забывайте, что наш метод не дает нам линейную зависимость напряжения от освещенности! Кроме того, каждый датчик отличается по своим характеристикам. С увеличением уровня освещенности аналоговое напряжение будет расти, а сопротивление падать:
Vo = Vcc (R / (R + Photocell))
То есть напряжение обратно пропорционально сопротивлению фоторезистора, которое, в свою очередь, обратно пропорционально уровню освещения.
Простой пример использования фоторезистора
В этом скетче берутся считываемые аналоговые значения для определения яркости светодиода. Чем темнее будет, тем ярче будет светить светодиод! Не забудьте, что светодиод должен быть подключен к ШИМ контакту для работы данного примера. В данном случае используется контакт 11.
Этот пример предполагает, что вы знакомы с основами программирования Arduino.
/* простой проверочный скетч для фоторезистора.
Подключите одну ногу фоторезистора к 5 В, вторую к аналоговому пину Analog 0.
После этого подключите резистор на 10 кОм между Analog 0 и землей.
Через резистор подключите светодиод между 11 пином и землей. */
int photocellPin = 0; // сенсор и понижающий резистор 10 кОм подключены к a0
int photocellReading; // считываем аналоговые значения с делителя сенсора
int LEDpin = 11; // подключаем красный светодиод к пину 11 (ШИМ пин)
int LEDbrightness; //
void setup(void) {
// информацию для дебагинга мы будем отправлять на серийный монитор
Serial.begin(9600);
void loop(void) {
Serial.println(photocellReading); // аналоговые значения с сенсора
// светодиод горит ярче, если уровень освещенности на датчике уменьшается
// это значит, что мы должны инвертировать считываемые значения от 0-1023 к 1023-0
photocellReading = 1023 - photocellReading;
//теперь мы должны преобразовать диапазон 0-1023 в 0-255, так как именно такой диапазон использует analogWrite
LEDbrightness = map(photocellReading, 0, 1023, 0, 255);
analogWrite(LEDpin, LEDbrightness);
Можете попробовать другие резисторы в зависимости от уровня освещенности, который вы хотите измерять!
Простой код для аналоговых измерений уровня освещенности
В скетче не проводится никаких расчетов, исключительно отображение значений, которые интерпретируются как уровень освещения. Для многих проектов этого вполне достаточно.
/* Простой проверочный скетч для фоторерезистора.
Подключите одну ногу фоторезистора к 5 В, вторую к пину Analog 0.
После этого подключите контакт резистора на 10 кОм к земле, а второй к аналоговому пину Analog 0 */
int photocellPin = 0; // сенсор и понижающий резистор на 10 кОм подключены к a0
int photocellReading; // данные считываемые с аналогового пина
void setup(void) {
// Передаем информацию для дебагинга на серийный монитор
Serial.begin(9600);
void loop(void) {
photocellReading = analogRead(photocellPin);
Serial.print("Analog reading = ");
Serial.print(photocellReading); // аналоговые значения
if (photocellReading
Serial.println(" - Dark");
} else if (photocellReading
Serial.println(" - Dim");
} else if (photocellReading
Serial.println(" - Light");
} else if (photocellReading
Serial.println(" - Bright");
Serial.println(" - Very bright");
Эта проверка проводилась в комнате днем. Я прикрывал сенсор рукой, а после этого куском ткани.
Считывание значений с фоторезистора без использования аналоговых пинов
Так как фоторезисторы по сути своей являются обычными резисторами, их можно использовать даже если на вашем микроконтроллере нет аналоговых пинов (или если все аналоговые пины заняты). Этот метод основан на базовых свойствах резисторов и конденсаторов. Если вы возьмете конденсатор, который может передать потенциал и подключите его к источнику питания (например, 5 В) через резистор, изменение напряжения будет происходить постепенно. Чем больше сопротивление резистора, тем медленнее будет изменяться напряжение.
Ниже представлен кусок осцилограммы, который характеризует, что именно происходит с цифровым пином (желтый). Голубая линия показывает когда начинает отрабатывать сам скетч Arduino и когда он заканчивает свою работу (участок по длительности около 1.2 мс).
Если проводить простые аналогии, то конденсатор выполняет роль корзины, а резистор - трубка. Для наполнения корзины с помощью тонкой трубки понадобится много времени. В зависимости от толщины трубки, скорость заполнения корзины будет разной.
В нашем случае "корзина" представляет из себя керамический резистор емкостью 0.1 мкФ. Вы можете поэкспериментировать с емкостью конденсатора. И этот показатель напрямую повлияет на время. Если вы хотите померять уровень освещенности, используйте конденсатор емкостью 1 мкФ. Если вы работаете в условиях плохой освещенности, можете использовать конденсатор емкостью 0.01 мкФ.
/* простой скетч для проверки работоспособности фоторезистора.
Подключите одну ногу фоторезистора к питанию, вторую - к пину 2.
После этого подключите одну ногу конденсатора 0.1 мкФ к пину 2, а вторую - к земле */
int photocellPin = 2; // фоторезистор подключен к пину 2
int photocellReading; // цифровые значения
int ledPin = 13; // вы можете использовать встроенный светодиод
void setup(void) {
// отправляем информацию для дебаггинга для отображения в окне серийного моитора
Serial.begin(9600);
pinMode(ledPin, OUTPUT); // используем светодиод в качестве выходного сигнала
void loop(void) {
// считывааем показания с сенсора с использованием технологии RCtime
photocellReading = RCtime(photocellPin);
if (photocellReading == 30000) {
// если показания достигают 30000, это значит, что мы достигли граничного значения
Serial.println("Nothing connected!");
Serial.print("RCtime reading = ");
Serial.println(photocellReading); // поток считанных аналоговых данных
// чем ярче, тем чаще светодиод мигает!
digitalWrite(ledPin, HIGH);
delay(photocellReading);
digitalWrite(ledPin, LOW);
delay(photocellReading);
// используем цифровой пин для измерения сопротивления
//делаем мы это подавая ток на конденсатор и
// рассчитывая сколько времени пройдет, чтобы достичь Vcc/2 (для большинства Arduino это значение равно 2.5 В)
int RCtime(int RCpin) {
int reading = 0; // начинаем с 0
// инициализируем пин в качестве output и присваиваем ему значение LOW (земля)
pinMode(RCpin, OUTPUT);
digitalWrite(RCpin, LOW);
// Теперь устанавливаем пин в качестве input и...
pinMode(RCpin, INPUT);
while (digitalRead(RCpin) == LOW) { // считаем время, которое надо, чтобы получить значение HIGH
reading++; // инкремент для отсчета времени
if (reading == 30000) {
// если мы дошли до такого уровня, сопротивление настолько велико,
// что скорее всего ничего не подключено!
break; // выходим за пределы цикла
Видео проектов на Arduino с использованием фоторезисторов
Изменение частоты вращения двигателя с использованием фоторезистора:
Робот отслеживает траекторию для перемещения с использованием фоторезистора:
Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!
Сегодня сделаем скетч и прототип схемы на Arduino с пользованием фоторезистора. Вот фоторезистор, находится здесь, я собралась такой макет, он похож на новогоднюю светодиодную гирлянду из предыдущих статей.
У нас 8 светодиодов, они установлены так, что слева короткая ножка это минус, справа длинная ножка это плюс. Так они все установлены, в схеме использован один резистор на 10 килоом, я его брал из набора Arduino Kit , и используется 8 подключенных к плюсовому контакту светодиода сопротивлений на 220ом, так оно подключено.
Использовано 8 чёрных проводов это минусовые, и зелёные 8 штук – пины управления от двенадцатого до пятого. В процессе отладки крайний черный заменил на зеленый, но об этом позже.
Фоторезистор здесь, рядом с ним резистор на 10килоом, синяя перемычка идёт к минусу, оранжевый подключается одним концом в среднюю точку, между резистором и фоторезистором, другим концом в плату Arduino , в А0 (аналоговый пин).
Красный это 5 Вольт, и вот через этот делитель напряжения будет работать схема, будут загораться светодиоды, в зависимости от уровня освещенности. Я поправлю светодиоды, достаточно шаткая получилось конструкция. К модели ещё вернемся, а сейчас займемся написанием скетча.
Создадим новый проект, и приступим к написанию, объявим константы, несколько штук, пусть будет тип int , это будет количество выводов, поскольку светодиодов в схеме 8 штук. Так будет указано, сколько светодиодов использовали в схеме.
const int NbrLEDs = 8;
Сделаем массив с номерами пинов, задействуем 5 6 7 8 9 10 11 12 цифровые разъёмы, укажем номер пина на котором снимается уровень освещённости, объявим переменную для фоторезистора, значение сенсора и также объявим уровень освещённости, чтобы можно было делать разбивку их по пинам.
const int ledPins = { 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12}; const int photocellPin = A0; int sensorValue = 0; int ledLevel = 0;
В подпрограмме setup напишем цикл, в котором чтобы не присваивать каждому значению исходящего через pinMode , пройдём в цикле по всем пинам присвоим им значения в pinmode из массива и каждому пину присвоим значение OUTPUT .
void setup() { for (int led = 0; led < NbrLEDs; led++) { pinMode(ledPins, OUTPUT); } }
В принципе можно было этого не делать, можно было указать pinmode и дальше писать пять, потом 6, и так далее, но это очень долго и это дикий варварский метод. Поэтому в цикле за один проход пройдем все пины.
pinMode(5, OUTPUT); pinMode(6, OUTPUT);
В loop получим значение сенсора, считав через analogRead из пина A0 .
Далее, сделаем разбивку значение сенсор, используя функцию map получаем значение сенсора, и исходя из уровня освещенности, при чувствительности от 300 до максимального значения 1023 , будет распределяться по 8 пинам, которая объявлены выше.
Смотрите так же видео Фоторезистор и светодиоды на Arduino - (видео) , ссылка откроется в новой вкладке.
Далее в цикле пройдем все пины, так добавил скобки, начиная с первого светодиода, если счетчик не больше 8 будем прибавлять, и дальше проверим по условию, что если номер светодиода меньше уровня освещения, подадим на этот светодиод и все предыдущие напряжение через константу HIGH .
Если же нет, запишем в него отсутствие напряжения, и светодиод не будет гореть.
void loop() { sensorValue = analogRead(photocellPin); ledLevel = map(sensorValue, 300, 1023, 0, NbrLEDs); for (int led = 0; led < NbrLEDs; led++) { if (led < ledLevel) { digitalWrite(ledPins, HIGH); } else { digitalWrite(ledPins,LOW); } } }
Выравниваем код через комбинацию клавиш ctrl+T и давайте теперь посмотрим, что получится, запустим на проверку, сохраним скетч.
Так компиляция скетча, теперь его загрузим на Arduino . Вернемся к схеме, на данный момент один светодиод при изменении освещение не горит из-за плохого контакта.
Сейчас исправлю, не будем его трогать, если я выключу освещение, то погаснут все светодиоды. Если же я буду подсвечивать фоторезистор фонариком, плавно добавляя освещения, то будут гореть практически все светодиоды, ну и соответственно убираю, уменьшая уровень освещённости, меняется число горящих светодиодов.
Если же я включу полностью освещение, горят почти все, в чём проблема с этим светодиодом. Достаточно много потратил на него времени, здесь всё правильно собрано, даже минус пробросил заведомо исправным зеленым проводом, но почему-то он капризничает и не горит.
Давайте теперь вернемся к скетчу и посмотрим что не так. Пример был взят с официального источника, на диске к Arduino есть такой же код.
В скетче получается распределение освещенности от 300 до 1023 (максимального значения), попытка изменить начальный порог на 0 - никакого результатов не даёт.
Но если распределяем на 8 частей вот это вот всё значение, то тут пригодится калькулятор, получается, либо сопротивление на 10килоом даёт погрешность какую-то, нужно 1023 разделить на 8, получаем практически 128, если брать правильно, то 1024 разделить на 8, это и есть 128.
Теперь нужно от 1023 вычесть 128, поставить сюда значение 895, тогда по логике вещей должно быть всё нормально. Загрузим и посмотрим, что изменится.
void loop() { sensorValue = analogRead(photocellPin); ledLevel = map(sensorValue, 0, 895, 0, NbrLEDs); for (int led = 0; led < NbrLEDs; led++) { if (led < ledLevel) { digitalWrite(ledPins, HIGH); } else { digitalWrite(ledPins,LOW); } } }
Сейчас горят все светодиоды, попробуем перекрыть освещенность, или давайте отключим…
Стартовое значение всё равно надо вернуть 300, поскольку подается на эти три первых светодиода питания. Давайте изменим в скетче 0 на 300, как было, было это сделано не просто так, перезалью скетч и посмотрим, что изменится на этот раз…
void loop() { sensorValue = analogRead(photocellPin); ledLevel = map(sensorValue, 300, 895, 0, NbrLEDs); for (int led = 0; led < NbrLEDs; led++) { if (led < ledLevel) { digitalWrite(ledPins, HIGH); } else { digitalWrite(ledPins,LOW); } } }
Теперь горит первый светодиод, при минимальном освещении, если включить все, а там у меня 1800 люксов, из двух метров светодиодной ленты, горят все, как и должно.
При выключении фоторезистор ловит остаточное освещение в помещении, горит люстра, не полная тьма, и он срабатывает. Но если подсвечивать фонариком, подавая плавно свет на фоторезистор, схема работает правильно.
Если вырубить свет полностью, посмотрим, что получится в полной темноте. Как видите, при полном отсутствии света, фоторезистор реагирует правильно, светодиоды загораются постепенно, по мере увеличения освещенности. При включенном свете горят все. Такой вот получился скетч, с лайфхаком – подгонка чувствительности фоторезистора, под свои нужды.
Датчик света — это прибор, который позволяет нашему устройству оценивать уровень освещенности. Для чего нужен такой датчик? Например, для системы уличного освещения, чтобы включать лампы только тогда, когда на город спускается ночь. Еще одно применение датчиков света — это детектирование препятствия роботом, путешествующем по лабиринту. Либо детектирование линии роботом следопытом (LineFollower). Но в этих двух случаях, в паре с датчиком света используют специальный источник света. Мы же начнем с простого примера, и подключим к микроконтроллеру Ардуино Уно один из самых распространенных датчиков — фоторезистор. Как долнжо быть понятно из названия, фоторезистор — это резистор, который меняет свое сопротивление в зависимости от падающего на него света. Выглядит этот радиоэлемент так: Различаются фоторезисторы по диапазону сопротивления. Например:
- VT83N1 — 12-100кОм;
- VT93N2 — 48-500кОм.
1. Подключение
Для того, чтобы подключить наш фоторезистор к Ардуино Уно, необходимо будет вспомнить . Ведь на выходе цепи фоторезистора мы получим некое напряжение, в диапазоне от 0 до 5 Вольт, которое нам потребуется превратить во вполне себе конкретное число, с которым уже будет работать программа микроконтроллера. Держа в уме, что в Ардуино Уно есть 6 аналоговых входов на ногах A0-A5, подключаем фоторезистор по следующей схеме:
Внешний вид макета
Смотрите что получилось. Мы просто напросто построили обычный делитель напряжения, верхнее плечо которого будет меняться в зависимости от уровня света, падающего на фоторезистор. Снимаемое с нижнего плеча напряжение, мы подаем на аналоговый вход, который преобразует его в число от 0 до 1024.
2. Программа
Подключив фоторезистор по нехитрой схеме, начинаем писать программу. Первое что мы сделаем, это выведем необработанный сигнал с аналогового входа в последовательный порт, для того чтобы просто понять, как меняется значение на входе A0. Соответствующая программа имеет вид: const int pinPhoto = A0; int raw = 0; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(pinPhoto, INPUT); } void loop() { raw = analogRead(pinPhoto); Serial.println(raw); delay(200); } Запустив эту программу у нас в хакспейсе, мы получили следующие значения с датчика:
А теперь прикроем датчик рукой:
Видно, что значение сильно меняется. От 830 при прямом попадании света, до 500 в случае затенения (появление преграды на пути света). Зная такое поведение, мы можем численно определить порог срабатывания. Пусть он будет равен, скажем, 600. Не ровно 500, потому что мы хотим обезопасить себя от случайного срабатывания. Вдруг над датчиком пролетит муха — он слегка затенится, и покажет 530.
Наконец, добавим в программу некое действие, которое будет совершаться если уровень освещенности станет ниже заданного порога. Самое простое, что мы можем сделать — это зажигать на Ардуино штатный светодиод #13. Получается такая вот программа:
const int pinPhoto = A0;
const int led = 13;
int raw = 0;
void setup() {
pinMode(pinPhoto, INPUT);
pinMode(led, OUTPUT);
}
void loop() {
raw = analogRead(pinPhoto);
if(raw < 600)
digitalWrite(led, HIGH);
else
digitalWrite(led, LOW);
delay(200);
}
Накрываем датчик рукой (или выключаем свет в комнате) — светодиод зажигается. Убираем руку — гаснет. Работает, однако. А теперь представьте, что вы зажигаете не светодиод, а подаете сигнал на реле, которое включает лампу в подъезде вашего дома. Получаеся готовый прибор для экономии электроэнергии. Или ставите такой датчик на робота, и он при наступлении ночи ложится спать вместе с вами 🙂 В общем, как говорил профессор Фарнсворт, у датчика света тысяча и одно применение!
Датчики освещенности (освещения), построенные на базе фоторезисторов, довольно часто используются в реальных ардуино проектах. Они относительно просты, не дороги, их легко найти и купить в любом интернет-магазине. Фоторезистор ардуино позволяет контролировать уровень освещенности и реагировать на его изменение. В этой статье мы рассмотрим, что такое фоторезистор, как работает датчик освещенности на его основе, как правильно подключить датчик в платам Arduino.
Фоторезистор, как следует из названия, имеет прямое отношение к резисторам, которые часто встречаются практически в любых электронных схемах. Основной характеристикой обычного резистора является величина его сопротивления. От него зависят напряжение и ток, с помощью резистора мы выставляем нужные режимы работы других компонентов. Как правило, значение сопротивления у резистора в одних и тех же условиях эксплуатации практически не меняется.
В отличие от обычного резистора, фоторезистор
может менять свое сопротивление в зависимости от уровня окружающего освещения. Это означает, что в электронной схеме будут постоянно меняться параметры, в первую очередь нас интересует напряжение, падающее на фоторезисторе. Фиксируя эти изменения напряжения на аналоговых пинах ардуино, мы можем менять логику работы схемы, создавая тем самым адаптирующиеся под вешние условия устройства.
Фоторезисторы достаточно активно применяются в самых разнообразных системах. Самый распространенный вариант применения - фонари уличного освещения. Если на город опускается ночь или стало пасмурно, то огни включаются автоматически. Можно сделать из фоторезистора экономную лампочку для дома, включающуюся не по расписанию, а в зависимости от освещения. На базе датчика освещенности можно сделать даже охранную систему, которая будет срабатывать сразу после того, как закрытый шкаф или сейф открыли и осветили. Как всегда, сфера применения любых датчиков ардуино ограничена лишь нашей фантазией.
Какие фоторезисторы можно купить в интернет-магазинах
Самый популярный и доступный вариант датчика на рынке – это модели массового выпуска китайских компаний, клоны изделий производителя VT. Там не всегда можно разораться, кто и что именно производит тот или иной поставщик, но для начала работы с фоторезисторами вполне подойдет самый простой вариант.
Начинающему ардуинщику можно посоветовать купить готовый фотомодуль, который выглядит вот так:
На этом модуле уже есть все необходимые элементы для простого подключения фоторезистора к плате ардуино. В некоторых модулях реализована схема с компаратором и доступен цифровой выход и подстроечный резистор для управления.
Российскому радиолюбителю можно посоветовать обратить на российский датчик ФР. Встречающиеся в продаже ФР1-3, ФР1-4 и т.п. - выпускались ещё в союзовские времена. Но, несмотря на это, ФР1-3 – более точная деталь. Из этого следует и разница в цене За ФР просят не более 400 рублей. ФР1-3 будет стоить больше тысячи рублей за штуку.
Маркировка фоторезистора
Современная маркировка моделей, выпускаемых в России, довольно простая. Первые две буквы - ФотоРезистор, цифры после чёрточки обозначают номер разработки. ФР -765 - фоторезистор, разработка 765. Обычно маркируется прямо на корпусе детали
У датчика VT в схеме маркировке указаны диапазон сопротивлений. Например:
- VT83N1 - 12-100кОм (12K – освещенный, 100K – в темноте)
- VT93N2 - 48-500кОм (48K – освещенный, 100K – в темноте).
Иногда для уточнения информации о моделях продавец предоставляет специальный документ от производителя. Кроме параметров работы там же указывается точность детали. У всех моделей диапазон чувствительности расположен в видимой части спектра. Собирая датчик света нужно понимать, что точность срабатывания - понятие условное. Даже у моделей одного производителя, одной партии, одной закупки отличаться она может на 50% и более.
На заводе детали настраиваются на длину волны от красного до зелёного света. Большинство при этом «видит» и инфракрасное излучение. Особо точные детали могут улавливать даже ультрафиолет.
Достоинства и недостатки датчика
Основным недостатком фоторезисторов является чувствительность к спектру. В зависимости от типа падающего света сопротивление может меняется на несколько порядков. К минусам также относится низкая скорость реакции на изменение освещённости. Если свет мигает - датчик не успевает отреагировать. Если же частота изменения довольно велика - резистор вообще перестанет «видеть», что освещённость меняется.
К плюсам можно отнести простоту и доступность. Прямое изменение сопротивления в зависимости от попадающего на неё света позволяет упростить электрическую схему подключения. Сам фоторезистор очень дешев, входит в состав многочисленных наборов и конструкторов ардуино, поэтому доступен практически любому начинающему ардуинщику.
Подключение фоторезистора к ардуино
В проектах arduino фоторезистор используется как датчик освещения. Получая от него информацию, плата может включать или выключать реле, запускать двигатели, отсылать сообщения. Естественно, при этом мы должны правильно подключить датчик.
Схема подключения датчика освещенности к ардуино довольна проста. Если мы используем фоторезистор, то в схеме подключения датчик реализован как делитель напряжения. Одно плечо меняется от уровня освещённости, второе – подаёт напряжение на аналоговый вход. В микросхеме контроллера это напряжение преобразуется в цифровые данные через АЦП. Т.к. сопротивление датчика при попадании на него света уменьшается, то и значение падающего на нем напряжения будет уменьшаться.
В зависимости от того, в каком плече делителя мы поставили фоторезистор, на аналоговый вход будет подаваться или повышенное или уменьшенное напряжение. В том случае, если одна нога фоторезистора подключена к земле, то максимальное значение напряжения будет соответствовать темноте (сопротивление фоторезистора максимальное, почти все напряжение падает на нем), а минимальное – хорошему освещению (сопротивление близко к нулю, напряжение минимальное). Если мы подключим плечо фоторезистора к питанию, то поведение будет противоположным.
Сам монтаж платы не должен вызывать трудностей. Так как фоторезистор не имеет полярности, подключить можно любой стороной, к плате его можно припаять, подсоединить проводами с помощью монтажной платы или использовать обычные клипсы (крокодилы) для соединения. Источником питания в схеме является сам ардуино. Фоторезистор подсоединяется одной ногой к земле, другая подключается к АЦП платы (в нашем примере – АО). К этой же ноге подключаем резистор 10 кОм. Естественно, подключать фоторезистор можно не только на аналоговый пин A0, но и на любой другой.
Несколько слов относительно дополнительного резистора на 10 К. У него в нашей схеме две функции: ограничивать ток в цепи и формировать нужное напряжение в схеме с делителем. Ограничение тока нужно в ситуации, когда полностью освещенный фоторезистор резко уменьшает свое сопротивление. А формирование напряжения – для предсказуемых значений на аналоговом порту. На самом деле для нормальной работы с нашими фоторезисторами хватит и сопротивления 1К.
Меняя значение резистора мы можем “сдвигать” уровень чувствительности в “темную” и “светлую” сторону. Так, 10 К даст быстрое переключение наступления света. В случае 1К датчик света будет более точно определять высокий уровень освещенности.
Если вы используете готовый модуль датчика света, то подключение будет еще более простым. Соединяем выход модуля VCC с разъемом 5В на плате, GND – c землей. Оставшиеся выводы соединяем с разъемами ардуино.
Если на плате представлен цифровой выход, то отправляем его на цифровые пины. Если аналоговый – то на аналоговые. В первом случае мы получим сигнал срабатывания – превышения уровня освещенности (порог срабатывания может быть настроен с помощью резистора подстройки). С аналоговых же пинов мы сможем получать величину напряжения, пропорциональную реальному уровню освещенности.
Пример скетча датчика освещенности на фоторезисторе
Мы подключили схему с фоторезистором к ардуино, убедились, что все сделали правильно. Теперь осталось запрограммировать контроллер.
Написать скетч для датчика освещенности довольно просто. Нам нужно только снять текущее значение напряжения с того аналогового пина, к которому подключен датчик. Делается это с помощью известной нам всем функции analogRead(). Затем мы можем выполнять какие-то действия, в зависимости от уровня освещенности.
Давайте напишем скетч для датчика освещенности, включающего или выключающего светодиод, подключенный по следующей схеме.
Алгоритм работы таков:
- Определяем уровень сигнала с аналогового пина.
- Сравниваем уровень с пороговым значением. Максимально значение будет соответствовать темноте, минимальное – максимальной освещенности. Пороговое значение выберем равное 300.
- Если уровень меньше порогового – темно, нужно включать светодиод.
- Иначе – выключаем светодиод.
Прикрывая фоторезистор (руками или светонепроницаемым предметом), можем наблюдать включение и выключение светодиода. Изменяя в коде пороговый параметр, можем заставлять включать/выключать лампочку при разном уровне освещения.
При монтаже постарайтесь расположить фоторезистор и светодиод максимально далеко друг от друга, чтобы на датчик освещенности попадало меньше света от яркого светодиода.
Датчик освещенности и плавное изменение яркости подсветки
Можно модифицировать проект так, чтобы в зависимости от уровня освещенности менялась яркость светодиода. В алгоритм мы добавим следующие изменения:
- Яркость лампочки будем менять через ШИМ, посылая с помощью analogWrite() на пин со светодиодом значения от 0 до 255.
- Для преобразования цифрового значения уровня освещения от датчика освещенности (от 0 до 1023) в диапазон ШИМ яркости светодиода (от 0 до 255) будем использовать функцию map().
Пример скетча:
#define PIN_LED 10 #define PIN_PHOTO_SENSOR A0 void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(PIN_LED, OUTPUT); } void loop() { int val = analogRead(PIN_PHOTO_SENSOR); Serial.println(val); int ledPower = map(val, 0, 1023, 0, 255); // Преобразуем полученное значение в уровень PWM-сигнала. Чем меньше значение освещенности, тем меньше мощности мы должны подавать на светодиод через ШИМ. analogWrite(PIN_LED, ledPower); // Меняем яркость }
В случае другого способа подключения, при котором сигнал с аналогового порта пропорционален степени освещенности, надо будет дополнительно «обратить» значение, вычитая его из максимального:
Int val = 1023 – analogRead(PIN_PHOTO_RESISTOR);
Схема датчика освещения на фоторезисторе и реле
Примеры скетча для работы с реле приведены в статье, посвященной программированию реле в ардуино. В данном случае, нам не нужно делать сложных телодвижений: после определения «темноты» мы просто включаем реле, подавай на его пин соответствующее значение.
#define PIN_RELAY 10 #define PIN_PHOTO_SENSOR A0 void setup() { pinMode(PIN_RELAY, OUTPUT); digitalWrite(PIN_RELAY, HIGH); } void loop() { int val = analogRead(PIN_PHOTO_SENSOR); if (val < 300) { // Светло, выключаем реле digitalWrite(PIN_RELAY, HIGH); } else { // Темновато, включаем лампочку digitalWrite(PIN_RELAY, LOW); } }
Заключение
Проекты с применением датчика освещенности на базе фоторезистора достаточно просты и эффектны. Вы можете реализовать множество интересных проектов, при этом стоимость оборудования будет не высока. Подключение фоторезистора осуществляется по схеме делителя напряжения с дополнительным сопротивлением. Датчик подключается к аналоговому порту для измерения различных значений уровня освещенности или к цифровому, если нам важен лишь факт наступления темноты. В скетче мы просто считываем данные с аналогового (или цифрового) порта и принимаем решение, как реагировать на изменения. Будем надеяться, что теперь в ваших проектах появятся и такие вот простейшие «глаза».
