Wstęp
Fotorezystory, znane również jako LDR (Light Dependent Resistor), są niezwykle wszechstronnymi elementami w elektronice. Wykorzystują zmiany rezystancji pod wpływem światła, co czyni je idealnymi do aplikacji wymagających detekcji światła. W tym artykule omówimy, czym dokładnie są fotorezystory, jak działają, jak można je podłączyć do Arduino, oraz pokażemy, jak stworzyć prosty projekt z ich użyciem. Dodatkowo porównamy fotorezystory z innymi czujnikami światła i przedstawimy praktyczne zastosowania.
rys.1 Wygląd fotorezystora schematycznie i rzeczywiście
Co to jest fotorezystor?
Fotorezystor to element półprzewodnikowy, którego rezystancja zmienia się w odpowiedzi na ilość światła padającego na jego powierzchnię. W ciemności jego rezystancja jest bardzo wysoka, a gdy jest oświetlony, rezystancja maleje. Dzięki temu fotorezystory mogą być używane jako czujniki światła w różnych aplikacjach, takich jak automatyczne oświetlenie, kamery, i systemy alarmowe.
Jak dokładnie działa + krótka fizyczna zasada działania
Działanie fotorezystora opiera się na zjawisku fotokondukcji. Gdy fotony (cząstki światła) padają na powierzchnię półprzewodnika, energia tych fotonów powoduje uwalnianie elektronów, co skutkuje wzrostem przewodnictwa elektrycznego. W praktyce oznacza to, że gdy na fotorezystor pada światło, zmniejsza się jego opór, co pozwala na przepływ większego prądu przez obwód.
rys.2 Nota katalogowa opisująca wszystkie ważne parametry różnych modeli fototranzystorów
Jak podłączyć do Arduino
Fotorezystor często używany jest w układzie dzielnika napięcia, co umożliwia przekształcenie zmieniającej się rezystancji w zmienny sygnał napięciowy, który można mierzyć za pomocą pinu analogowego Arduino. W typowym układzie dzielnik tworzą fotorezystor i rezystor o stałej wartości, połączone szeregowo. Węzeł między nimi podłączony jest do pinu analogowego A0, który odczytuje napięcie wynikające ze zmieniającego się oporu fotorezystora.
rys.3 Podstawowe podpięcie fotorezystora do arduino UNO (fotorezystor w układzie dzielnika napięcia z rezystorem)
Programowanie z wyświetlaniem wartości na monitorze szeregowym
Kod w Arduino może być napisany w prosty sposób, aby odczytać wartości z fotorezystora i wyświetlać je na monitorze szeregowym. Dzięki funkcji analogRead() można odczytać wartości napięcia z pinu A0, a następnie użyć Serial.print() i Serial.println(), aby wyświetlić te wartości na ekranie. Taki program pozwala na monitorowanie zmian oświetlenia w czasie rzeczywistym.
rys.4 zrzut ekranu ARDUINO IDE program wyświetlający wartość na monitorze szeregowym
Przykład projektu z fotorezystorem i diodą LED zapalaną wtedy, gdy oświetlenie spadnie poniżej ustalonego poziomu
W prostym projekcie można użyć fotorezystora do automatycznego sterowania diodą LED. W tym przypadku, jeśli poziom oświetlenia spadnie poniżej określonej wartości, np. 500, dioda LED podłączona do pinu 11 Arduino zostanie zapalona. Taki projekt jest idealny do zastosowań w automatyce oświetlenia, na przykład w systemach, które włączają światła w nocy.
rys.5 Podpięcie fotorezystora do arduino UNO sterującego diodą LED (fotorezystor w układzie dzielnika napięcia z rezystorem)
Schemat połączeń i zmiana programu dla projektu z diodą LED
W schemacie połączeń dla tego projektu fotorezystor jest podłączony do pinu analogowego A0, a dioda LED do pinu cyfrowego 11. Dioda LED wymaga również rezystora, aby ograniczyć prąd, zazwyczaj o wartości 220Ω. W kodzie Arduino dodajemy warunek if, który sprawdza, czy wartość odczytana z fotorezystora jest poniżej progu (np. 500). Jeśli tak, to dioda LED zostaje włączona, w przeciwnym razie jest wyłączona.
rys.6 zrzut ekranu ARDUINO IDE program sterujący diodą LED w zależności od wartości dostarczanej przez fotorezystor
Dodatkowe wskazówki i problemy, jak na przykład różnica rezystancji ze względu na tolerancję
Podczas pracy z fotorezystorami należy pamiętać, że mogą one różnić się parametrami nawet w obrębie tej samej serii produkcyjnej. Tolerancja komponentów może wpłynąć na dokładność pomiarów. W praktyce oznacza to, że układ może wymagać kalibracji, aby uzyskać dokładne wyniki. Dobrym rozwiązaniem jest testowanie kilku fotorezystorów i wybór tego, który najlepiej spełnia wymagania projektu.
Rodzaje fotorezystorów i ich właściwości
Fotorezystory mogą być wykonane z różnych materiałów, które determinują ich właściwości. Najpopularniejsze są fotorezystory wykonane z CdS (siarczek kadmu), które mają dobre właściwości fotokondukcyjne i są stosunkowo tanie. Inne materiały, takie jak CdSe (selenek kadmu), mogą oferować różne charakterystyki, takie jak lepsza czułość na inne zakresy światła. Wybór odpowiedniego fotorezystora zależy od specyficznych wymagań projektu, takich jak zakres spektralny światła, na który ma reagować.
Alternatywne czujniki światła
Oprócz fotorezystorów, istnieje wiele innych czujników światła, takich jak fotodiody, fototranzystory i czujniki cyfrowe. Fotodiody są szybsze i bardziej czułe niż fotorezystory, ale wymagają bardziej złożonej elektroniki do odczytu. Fototranzystory działają podobnie do fotodiod, ale dodatkowo wzmacniają sygnał, co może być korzystne w niektórych aplikacjach. Czujniki cyfrowe, takie jak TSL2561, oferują bardziej precyzyjne odczyty i mogą mierzyć natężenie światła w luksach.
rys.7 czujniki poziomu światła FOTOrezystor FOTOdioda FOTOtranzystor
Przykłady praktycznych aplikacji
Fotorezystory znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach. W urządzeniach codziennego użytku mogą być wykorzystywane w czujnikach zmierzchu, które automatycznie włączają oświetlenie po zmroku. W aparatach fotograficznych mogą być używane do pomiaru natężenia światła, co pozwala na automatyczne ustawienie parametrów ekspozycji. W systemach bezpieczeństwa fotorezystory mogą służyć do wykrywania przerwania wiązki światła, co jest często używane w alarmach przeciwwłamaniowych.
Podsumowanie
Fotorezystory to proste, ale niezwykle użyteczne komponenty elektroniczne. Dzięki swojej zdolności do wykrywania zmian w oświetleniu mogą być stosowane w szerokiej gamie aplikacji, od automatycznych systemów oświetleniowych po systemy bezpieczeństwa. W tym artykule omówiliśmy podstawy ich działania, jak je podłączyć do Arduino, oraz zaprezentowaliśmy przykładowe projekty i aplikacje.
Nasz kanał na YouTube
Dziękujemy za przeczytanie naszego posta! Jeśli chcecie dowiedzieć się więcej o elektronice i Arduino, zapraszamy do subskrybowania naszego kanału na YouTube, gdzie znajdziecie filmy z dokładnymi instrukcjami i eksperymentami. Wszystkie schematy połączeń oraz kody źródłowe są dostępne na naszej stronie internetowej. Kliknijcie w link w opisie, aby przenieść się na naszą stronę i odkryć jeszcze więcej fascynujących projektów!
Comments