Подключение фоторезистора к ардуино и работа с датчиком освещенности

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 ардуино и датчик освещенности

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().

В случае другого способа подключения, при котором сигнал с аналогового порта пропорционален степени освещенности, надо будет дополнительно «обратить» значение, вычитая его из максимального:

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.

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».

#28. Подключение модуля освещенности к Arduino.

В данном Arduino уроке подключим модуль освещённости к Arduino, и научимся настраивать датчик для работы при различной освещённости. В основе датчика лежит светочувствительный полупроводниковый прибор – фоторезистор. Что такое фоторезистор, и как его можно подключить к Arduino, рассматривали в предыдущем уроке: «Подключение фоторезистора к Arduino». В чем преимущество модуля освещённости, и как его использовать в Arduino проектах, рассмотрим в данном уроке.

Два вида моделей освещённости.

При покупке модуля освещённости, нужно определиться с вашей задачей. Что вы планируете собрать, и как должен работать модуль освещённости. Это связано с тем, что модули освещённости бывают разные. На фото ниже приведены 2 модуля освещённости.

Аналоговый модуль освещённости KY-018.

Arduino модуль освещённости KY-018 черного цвета. Этот модуль состоит из фоторезистора и линейного резистора 10 кОм. Сопротивление фоторезистора будет уменьшаться при наличии света, и увеличиваться при его отсутствии. Выход аналоговый, и он определяет интенсивность света.

Схема подключения модуля освещённости KY-018 к Arduino.

На модуль подается питание 5 Вольт, а в зависимости от освещенности в помещении, на выходе модуля (S) меняется напряжение от 0 до 5 Вольт. При подаче этого сигнала на аналоговый вход микроконтроллера, Arduino преобразует сигнал, при помощи АЦП, в диапазоне значений от 0 до 1023.

Скетч для модуля освещённости KY-018.

Так как у датчика выход аналоговый, как и у фоторезистора, код можно взять из предыдущего урока без изменения. Например, скетч Светильника с автоматическим включением.

Цифровой датчик освещённости на LM393.

Модуль синего цвета устроен по-другому, и подключается уже к цифровому пину Arduino, и на выходе формирует логическую единицу, либо логический ноль. Давайте рассмотрим данный модуль и поговорим подробнее.

Модуль освещенности на LM393.

Модуль освещенности на LM393 используется для измерения интенсивности света в различных устройствах, таких как: автоматизация света (включение света ночью), в роботах (определение дня или ночи) и приборах, контролирующих уровень освещенности. Измерение осуществляется с помощью светочувствительного элемента (фоторезистора), который меняет сопротивление в зависимости от освещенности.

Технические параметры

• Напряжение питания: 3.3 В. — 5.5 В.
• Потребляемый ток: 10 мА.
• Цифровой выход: TTL (лог 1 или лог 0)
• Аналоговый выход: 0 В. … Vcc
• Диаметр монтажного отверстия: 2.5 мм.
• Выходной ток: 15 мА.
• Габариты: 42мм. х 15мм. х 8мм.

Общие сведения датчик освещённости на LM393.

Существуют два модуля на базе LM393, их визуальное отличие только в количестве выводов (3 pin и 4 pin), дополнительный вывод добавлен для снятия прямых показаний с фоторезистора (аналоговый выход), по аналогии работы модуля KY-018. Рассмотрим четырех контактный вариант модуля. У этих двух модулей измерение осуществляется с помощью фоторезистора, который изменяет напряжение в цепи, в зависимости от количества света, попадающего на него. Чтобы представить, как свет будет влиять на фоторезистор, приведу краткую таблицу.

Модуль освещенности с четырьмя выводами содержит два выходных контакта, аналоговый и цифровой, и два контакта для подключения питания. Для считывания аналогово сигнала предусмотрен отдельный вывод «AO», с которого можно считать показания напряжения с 0 В … 3.3 В или 5 В, в зависимости от используемого источника питания. Цифровой вывод DO, устанавливается в лог «0» или лог «1», в зависимости от яркости, чувствительность выхода можно регулировать с помощью поворотного потенциометра. Выходной ток цифрового выхода способен выдать более 15 мА, что очень упрощает использование модуля, и дает возможность использовать его, минуя контроллер Arduino, и подключая его напрямую к входу одноканального реле, или одному из входов двухканального реле. Принципиальная схема модуля освещенности на LM393 с 3 pin и 4 pin, показана ниже.

Принципиальная схема модуля освещенности на LM393 с 4 pin.

Принципиальная схема модуля освещенности на LM393 с 3 pin.

Теперь, как же работает схема. Фоторезистор показан Foto (IN). Основная микросхема модуля — это компаратор LM393 (U1), который производит сравнение уровней напряжения на входах INA- и INA+. Чувствительность порога срабатывания задается с помощью потенциометра R2, и, в результате сравнений, на выходе D0, микросхемы U1, формируется лог «0», или лог «2», который поступает на контакт D0 разъема J1.

Назначение J1 (в исполнении 4 pin)

• VCC — «+» питание модуля
• GND — «-» питание модуля
• D0 — цифровой выход
• A0 -аналоговый выход

Назначение J1 (в исполнении 3 pin)

• VCC — «+» питание модуля
• GND — «-» питание модуля
• D0 — цифровой выход

Подключение модуля освещенности к Arduino UNO.

Подключение модуля освещенности к Arduino NANO

• Arduino UNO или Arduino NANO
• Модуль освещенности, LM393
• Провод DuPont, 2,54 мм.
• Кабель USB 2.0

Подключение:

В данном примере буду использовать модуль освещенности LM393, 3 pin, и Arduino UNO, все данные будут передаваться в «Мониторинг порта». Схема не сложная, необходимо всего три провода, сначала подключаем D0 к 2 цифровому пину Arduino, осталось подключить питание GND к GND и VCC к 5V (можно запитать и от 3.3В), схема собрана, теперь надо подготовить программную часть.

Запускаем среду разработки и загружаем данный скетч, затем открываем мониторинг порта.

В мониторе порта можно увидеть, когда модуль освещенности срабатывает и отключается. При регулировке потенциометра на модуле можно настроить порог чувствительности срабатывания датчика.

Как видим, датчиков освещенности для Arduino проектов существует несколько. Возможно, это еще не все модификации. Поэтому, как и говорил в начале урока, необходимо определиться с вашей задачей, а уже после выбирать модуль освещенности.

В этом уроке мы рассмотрели, как подключить модуля освещенности к Arduino , в предыдущем уроке мы подключили фоторезистор к Arduino.

Появились вопросы или предложения, не стесняйся, пиши в комментарии!

Не забывайте подписываться на канал Youtube и вступайте в группы в Вконтакте и Facebook.

https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/photorezistor-arduino-datchik-sveta/
https://portal-pk.ru/news/274-28-podklyuchenie-modulya-osveshchennosti-k-arduino.html