Як уже згадувалося, світлодіоди можна використовувати в якості датчиків. Фактично світлодіоди можуть змінювати режим роботи (випромінювач світла або фотодетектор) так швидко, що створюється враження, ніби в одному корпусі знаходяться два пристрої. Для включення світлодіода як датчика, потрібно подати на нього зворотну напругу. При роботі світлодіода в звичайному режимі потрібно подати на нього пряму напругу. В цьому проекті ми покажемо, як включити світлодіод для детектування світла без застосування дорогого АЦП. Той же самий світлодіод буде служити індикатором виявленого світла.

Світлодіод при зворотному зміщенні можна розглядати як залежний від світла джерело живлення, включений паралельно з конденсатором. Чим більше падає світла, тим більше величина струму-а це швидше розряджає конденсатор. На рис. 5.7 світлодіод знаходиться під зворотною напругою: його анод підключений до заземлення, а катод – до висновку мікроконтролера (контакт 2). Мікроконтролер подає на контакт 2 напруга Vcc, яке заряджає конденсатор. Потім катод світлодіода підключається до вхідного контакту (контакт 1) мікроконтролера. Конденсатор (який був заряджений до Vcc) тепер розряджається, і, коли напруга на конденсаторі впаде нижче певного рівня, контакт 1 мікроконтролера вважає логічний 0. Якщо інтенсивність падаючого світла вище, то конденсатор розряджається швидше, а якщо світла менше, то конденсатор розряджається хдольше. Таким чином, шляхом вимірювання часу падіння напруги на контакті 1 до логічного 0, наш мікроконтролер може оцінити інтенсивність світла, що падає на світлодіод.

Рис. 5.7. Світлодіод як фотодетектора

Специфікація проекту

Мета проекту – використовувати світлодіод одночасно і як датчик, і як індикатор виявленого світла. На рис. 5.8 показана блок-схема пристрою. У ній один світлодіод і кілька інших компонентів. Світлодіод блимає, а частота цього миготіння пропорційна інтенсивності падаючого світла: якщо світлодіод помістити під більш яскраве світло, він буде блимати швидше.

Рис. 5.8. Блок-схема пристрою

Опис пристрою

На рис. 5.9 зображена принципова схема пристрою на базі мікроконтролера ATtinyl5, в якій червоний світлодіод LED1 в прозорому корпусі служить для визначення та індикації (зміною частоти миготіння) інтенсивності навколишнього світла.

Рис. 5.9. Принципова схема пристрою

Схема проста: в ній всього чотири компоненти. Напруга джерела живлення може бути від 3 до 5,5 В. Світлодіод підключений до висновків РВО і РВ1 мікроконтролера. На виході РВЗ формується меандр з частотою, пропорційної інтенсивності падаючого світла. Схема працює так: спочатку на світлодіод подається пряме зміщення (на деякий час). Потім на све ^ діод подається зворотне зміщення (для цього змінюються послідовності бітів, що подаються на РВО і РВ1). На наступному кроці РВО конфигурируется як вхідний контакт. У циклі вимірюється інтервал часу, який потрібно светодиоду для зміни напруги на контакті РВО з логічної 1 на логічний 0. Це час Т обернено пропорційно падаючому на світлодіод світла. В результаті світлодіод починає блимати з частотою, яка обернено пропорційна часу Т. При більш слабкому світлі наш світлодіод блимає повільніше, а в міру збільшення інтенсивності падаючого світла частота мигання світлодіода зростає. Так забезпечується візуальна індикація інтенсивності падаючого світла.

Конструкція

Принципову схему проекту можна завантажити за посиланням: www.ayrgenius.com/ tinyavrl.

Схема виготовлена ​​на невеликій друкарській платі (рис. 5.10 і 5.11) і складається всього з п’яти компонентів.

Рис. 5.10. Друкована плата пристрої (сторона компонентів)

Рис. 5.11. Друкована плата пристрої (сторона пайки)

Програмування

Код проекту написаний на мові асемблера (лістинг 5.1). Спочатку програма ініціалізує контакти РВО і РВ1 як вихідні і виставляє на РВО логічну 1, а на РВ1-логічний 0 (для зворотного зсуву світлодіода). Потім контакт РВО налаштовується як вхідний і програма чекає, поки напруга на РВО не знизиться до логічного 0. Час зберігається в регістрі г 19. Потім РВО знову конфігурується як вихідний контакт і світлодіод отримує пряме зміщення (щоб включити його) на той проміжок часу, який зберігається в регістрі Г19. Таким чином, якщо мікроконтролер в першому циклі вимірювання фіксує час Г, за яке світлодіод “розряджається”, то він включає світлодіод на той же час Т. У підсумку частота мигання світлодіода буде пропорційна падаючому на нього світла.

.include "tnl5def.inc"

.cseg .org 0

/ Світлодіод як датчик світла … main:

ldi rl6, 255 out DDRB, rl6 ldi rl6, 0′ out PORTB, rl6 ldi rl9, 1 rcall delay ldi rl9, 1

new_main:

sbi DDRB, 0

nop

nop

sbi PORTB, 1 ; LED forward bias cbi PORTB, 0 rcall delay sbi PORTB, 0

cbi PORTB, 1 ; reverse bias cbi DDRB, 0 ; LED discharge cbi PORTB, 0

; налаштувати регістри для мінімальної затримки

ldi rl9, 1

wait_here:

sbis PinB, 0 rjmp its_one rcall min_delay inc rl9

brne dont_inc_r20 rjmp over_flow dont_inc_r20: rjmp wait_here over_f low: its_one:

in rl6, PORTB ldi rl7, ObOOOOlOOO

eor rl6, rl7; переключити РВЗ для генерування; пропорційної світлу частоти out PORTB, Г16 mov r2, Г19 rcall delay mov Г19, r2 rjmp new_main delay:

ldi r20, О dec_r2 0:

dec_r21: dec r20 brne dec_r20 dec rl9 brne dec_r20 ret

min_delay: in rO, SREG ldi rl8, 200

not_over: dec rl8 brne not_over out SREG, rO ret

Робота пристрою

Схема була протестована за допомогою світлодіода з відомою інтенсивністю світіння. При невеликих значеннях прямого струму через світлодіод інтенсивність випромінюваного світла практично лінійно залежить від струму. Світло від тестового світлодіода подавався на світлодіод-датчик LED1. Ніякої інший зовнішній світло на датчик не падав (обидва світлодіода були укладені в закриту трубку, заклеєну чорної клейкою стрічкою). Струм тестового світлодіода змінювався від 0,33 до 2,8 мА. Реєструвалася частота перемикання світлодіода. На рис. 5.12 видно, що залежність практично лінійна.

Рис. 5.12. Частота миготіння світлодіода-датчика в залежності від інтенсивності падаючого світла

Мікроконтролер ATtinyl5 має вісім висновків. Наша схема використовує тільки три з шести контактів вводу / виводу. Решта контакти можна застосувати для управління зовнішніми пристроями або для обміну даними з ними. Ефективність роботи світлодіода в якості датчика залежить від джерела струму і ємнісних характеристик світлодіода. Ми оцінили ці цифри для порівняння з тими, які наводяться в літературі. Для оцінки зворотного фотоелектричного струму ми підключили резистор опором 1 МОм паралельно светодіоду- датчику і заміряли напругу на резисторі. Датчик висвітлювався постійним світлом, і реєструвалося напруга на резисторі. Ми змінили значення опору на 500 кОм, потім на 100 кому і повторили вимірювання. В результаті (при постійному освітленні) ми отримали при всіх вимірах фотоелектричний ток приблизно 25 мА. При цьому ж освітленні датчика замерялась і частота мигання,

генерируемая схемою рис. 5.9, а час затримки, струм і напруги підставлялися в рівняння dU / dt = УС (для обчислення ємності назад усунутого р-п-переходу), Отримані в результаті значення знаходяться в діапазоні від 25 до 60 пФ.

Джерело: Гадре, Д., Цікаві проекти на базі мікроконтролерів tinyAVR / Дхананья Гадре, Нігула Мелхотра: Пер. з англ. – СПб .: БХВ-Петербург, 2012. – 352 с .: іл. – (Електроніка)