Схема включения освещения фотодиодом

Схема включения освещения фотодиодом

Пришёл в гости друг с вопросом – а можно ли сделать фотореле для светодиодной кухонной подсветки? Подсветка самодельная – метр обычной светодиодной ленты с потребляемым током 0,3 А. Напряжение питание будет не очень стабильное – что то около 11 В. Нужно чтобы при наступлении вечерних сумерек освещение включалось, а при окончании утренних выключалось. Контроль уровня освещённости должен иметь петлю гистерезиса для того, чтобы исключить мерцание при включении освещения.

Конечно же, сразу захотелось сказать «да не вопрос, чего там делать-то!». Но решил сказать «надо попробовать» — мало ли чего, вот например, совсем не помню, какие есть в наличии фоточувствительные приборы…

И, в общем, правильно сделал, что не стал торопиться. Оказалось, что есть только фотодиоды ФД-8К и два фоторезистора разных типов – один, похоже, импортный со стёртой маркировкой, второй – наш «советский» ФСД-1 (немного «покоцаный» за долгую жизнь) (рис.1). Во время экспериментов оказалось, что собирать простую схему намного проще на опторезисторе, так как фотодиод имеет большую чувствительность и, кроме того, что нужный порог срабатывания поймать достаточно трудно, так ещё и нужно качественное питание, без пульсаций и просадок, чтобы этот порог не менялся.

В общем, после небольших экспериментов и макетирования «воздушным монтажом» (рис.2) родилась схема, показанная на рисунке 3.

Датчиком освещённости является фоторезистор R1, образующий совместно с подстроечным резистором R2 делитель напряжения с возможностью изменения уровня контролируемого напряжения. Цепочка R3С1 – фильтр низкой частоты с частотой среза около 9 Гц (по -3dB). На транзисторах VT1 и VT2 собран триггер Шмита, обладающий петлёй гистерезиса (принципиальная схема взята из [1], стр.301) с порогами срабатывания около 0,63 В и 1,7 В при напряжении питания 12 В (величина петли определяется сопротивлением резистора R6 – чем меньше сопротивление, тем меньше разница между порогами срабатывания). При питании 10 В границы смещаются вниз – 0,62 В и 1,5 В. Выходной сигнал триггера управляет транзистором VT3, нагрузкой которого является светодиодная лента LS603 длиной 1 метр (рис.4). Резистор R7 ограничивает ток базы VT3. Падение напряжения на этом транзисторе в открытом состоянии не превышает 140 мВ.

Было собрана два варианта плат – с обычными выводными деталями и с SMD монтажом. Первый вариант был оставлен себе, второй отдан другу. На рисунке 5 показаны этапы изготовления фотореле с SMD деталями – голая плата, плата с деталями, настройка и то, что в итоге получилось в корпусе и было отдано на установку (схема на рисунке 6.) Некоторые номиналы резисторов отличаются от указанных на рисунке 3, транзисторы применены PMSS3904 (маркировка р04) и FMMT2907A (маркировка 2F). В самый последний момент в схему был добавлен ещё один подстроечный резистор сопротивлением 4,7 кОм – он установлен параллельно R5. Это даёт возможность менять границы петли гистерезиса (на схеме не показан, тип резистора – СП3-4бМ).

Все детали взяты со старых компьютерных плат (рис.7) – материнок, видеокарт и сетевых карт. Замена элементов может быть разнообразной, главное – это чтобы ток через резистор R7 не превышал максимального значения для VT3 и чтобы ток потребления светодиодной ленты не превышал максимального значения тока коллектора VT3. Также следует учитывать соотношение сопротивлений резисторов R4R5R6, так как при «малой петле» гистерезиса возможно моргание ленты, а при очень «большой» есть вероятность, что освещение отключится только к полудню или даже не отключится вовсе в сумрачные дни.

Для питания фотореле подойдут любые блоки питания – импульсные или трансформаторные (рис.8), главное, чтобы они могли долговременно работать с тем током, что потребляет лента (не менее 0,3 А) и чтобы их выходное напряжение было выпрямлено и отфильтровано и находилось в нужных пределах (11 В…13 В).

Читайте также:  Котел отопления на улице

В результате всех этих экспериментов в моём варианте подсветка получилась достаточно яркой (рис.9.), хотя ещё не полностью сделана над электрической плитой.

Выше была показана печатная плата с резанными дорожками, но в приложении к тексту находится файл разводки печатной платы в программе Sprint-Layout для варианта с SMD деталями (размер 10мм х 24мм). Вид сделан со стороны печати, при изготовлении по лазерно-утюжной технологии нужно включить режим «зеркально».

Естественно, автоматическое включение подсветки можно использовать не только на кухне — можно оформить компьютерный стол, можно применить в комнатах, коридоре, мастерской или гараже.

Литература.
1. Горошков Б.И., «Радиоэлектронные устройства», Москва, «Радио и связь», 1984.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, август 2018

Пришёл в гости друг с вопросом – а можно ли сделать фотореле для светодиодной кухонной подсветки? Подсветка самодельная – метр обычной светодиодной ленты с потребляемым током 0,3 А. Напряжение питание будет не очень стабильное – что то около 11 В. Нужно чтобы при наступлении вечерних сумерек освещение включалось, а при окончании утренних выключалось. Контроль уровня освещённости должен иметь петлю гистерезиса для того, чтобы исключить мерцание при включении освещения.

Конечно же, сразу захотелось сказать «да не вопрос, чего там делать-то!». Но решил сказать «надо попробовать» — мало ли чего, вот например, совсем не помню, какие есть в наличии фоточувствительные приборы…

И, в общем, правильно сделал, что не стал торопиться. Оказалось, что есть только фотодиоды ФД-8К и два фоторезистора разных типов – один, похоже, импортный со стёртой маркировкой, второй – наш «советский» ФСД-1 (немного «покоцаный» за долгую жизнь) (рис.1). Во время экспериментов оказалось, что собирать простую схему намного проще на опторезисторе, так как фотодиод имеет большую чувствительность и, кроме того, что нужный порог срабатывания поймать достаточно трудно, так ещё и нужно качественное питание, без пульсаций и просадок, чтобы этот порог не менялся.

В общем, после небольших экспериментов и макетирования «воздушным монтажом» (рис.2) родилась схема, показанная на рисунке 3.

Датчиком освещённости является фоторезистор R1, образующий совместно с подстроечным резистором R2 делитель напряжения с возможностью изменения уровня контролируемого напряжения. Цепочка R3С1 – фильтр низкой частоты с частотой среза около 9 Гц (по -3dB). На транзисторах VT1 и VT2 собран триггер Шмита, обладающий петлёй гистерезиса (принципиальная схема взята из [1], стр.301) с порогами срабатывания около 0,63 В и 1,7 В при напряжении питания 12 В (величина петли определяется сопротивлением резистора R6 – чем меньше сопротивление, тем меньше разница между порогами срабатывания). При питании 10 В границы смещаются вниз – 0,62 В и 1,5 В. Выходной сигнал триггера управляет транзистором VT3, нагрузкой которого является светодиодная лента LS603 длиной 1 метр (рис.4). Резистор R7 ограничивает ток базы VT3. Падение напряжения на этом транзисторе в открытом состоянии не превышает 140 мВ.

Было собрана два варианта плат – с обычными выводными деталями и с SMD монтажом. Первый вариант был оставлен себе, второй отдан другу. На рисунке 5 показаны этапы изготовления фотореле с SMD деталями – голая плата, плата с деталями, настройка и то, что в итоге получилось в корпусе и было отдано на установку (схема на рисунке 6.) Некоторые номиналы резисторов отличаются от указанных на рисунке 3, транзисторы применены PMSS3904 (маркировка р04) и FMMT2907A (маркировка 2F). В самый последний момент в схему был добавлен ещё один подстроечный резистор сопротивлением 4,7 кОм – он установлен параллельно R5. Это даёт возможность менять границы петли гистерезиса (на схеме не показан, тип резистора – СП3-4бМ).

Читайте также:  Как обустроить верстак в гараже

Все детали взяты со старых компьютерных плат (рис.7) – материнок, видеокарт и сетевых карт. Замена элементов может быть разнообразной, главное – это чтобы ток через резистор R7 не превышал максимального значения для VT3 и чтобы ток потребления светодиодной ленты не превышал максимального значения тока коллектора VT3. Также следует учитывать соотношение сопротивлений резисторов R4R5R6, так как при «малой петле» гистерезиса возможно моргание ленты, а при очень «большой» есть вероятность, что освещение отключится только к полудню или даже не отключится вовсе в сумрачные дни.

Для питания фотореле подойдут любые блоки питания – импульсные или трансформаторные (рис.8), главное, чтобы они могли долговременно работать с тем током, что потребляет лента (не менее 0,3 А) и чтобы их выходное напряжение было выпрямлено и отфильтровано и находилось в нужных пределах (11 В…13 В).

В результате всех этих экспериментов в моём варианте подсветка получилась достаточно яркой (рис.9.), хотя ещё не полностью сделана над электрической плитой.

Выше была показана печатная плата с резанными дорожками, но в приложении к тексту находится файл разводки печатной платы в программе Sprint-Layout для варианта с SMD деталями (размер 10мм х 24мм). Вид сделан со стороны печати, при изготовлении по лазерно-утюжной технологии нужно включить режим «зеркально».

Естественно, автоматическое включение подсветки можно использовать не только на кухне — можно оформить компьютерный стол, можно применить в комнатах, коридоре, мастерской или гараже.

Литература.
1. Горошков Б.И., «Радиоэлектронные устройства», Москва, «Радио и связь», 1984.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, август 2018

Блог о электронике

Наверняка многим захочется присобачить к AVR фотодетектор, чтобы отслеживать хотя бы наличие или отсутствие света. Это полезно как для роботостроителей, так и для тех кто делает всякую автоматику. Итак, кратко опишу какие бывают фотодетекторы.

Фоторезистор
ИМХО вымирающий вид. Последний раз я его видел еще в детстве. Обычно представляет собой такой металический кругляк со стеклянным окошком, в котором видна этакая сероватая зигзагообразная дорожка. При освещении его сопротивление падает, правда незначительно, раза в три четыре.

Фототранзистор
Последнее время я на них натыкаюсь постоянно, неиссякаемый источник фототранзисторов — пятидюймовые дисководы. Последний раз я, по цене грязи, надыбал на радио барахолке штук 5 платок от дисковертов, там светотранзисторы стоят напротив дырок контроля записи и вращения дискеты. Еще сдвоенный фототранзистор (а может и фотодиод, как повезет) стоит в обычной шариковой мышке.
Выглядит как обычный светодиод, только корпус прозрачный. Впрочем, светодиоды тоже такие же бывают так что перепутать кто из них кто раз плюнуть. Но это не беда, партизан легко вычисляется обычным мультиметром. Достаточно включить омметр между его эмитером и коллектором (базы у него нет) и посветить на него, как его сопротивление рухнет просто катастрофически — с десятков килоом до считанных ом. Тот который у меня в детекторе вращения шестерен в роботе меняет свое сопротивление с 100кОм до 30 Ом. Работает фототранзистор подобно обычному — держит ток, но в качестве управляющего воздействия тут не ток базы, а световой поток.

Фотодиод
Внешне ничем не отличается от фототранзистора или обычного светодиода в прозрачном корпусе. Также порой встречаются древние фотодиоды в металлических корпусах. Обычно это совковые девайсы, марки ФД-чето там. Такой металлический цилиндрик с окошком в торце и торчащими из задницы проводками.

В отличии от фототранзистора, может работать в двух разных режимах. В фотогальваническом и фотодиодном.
В первом, фотогальваническом, варианте фотодиод ведет себя как солнечная батарейка, то есть посветил на него — на выводах возникло слабенькое напряжение. Его можно усилить и применить =). Но куда проще работать в фотодиодном режиме. Тут мы подаем на фотодиод обратное напряжение. Поскольку он хоть и фото, но диод, то в обратную сторону напряжение не пойдет, а значит его сопротивление будет близко к обрыву, а вот если его засветить, то диод начнет очень сильно подтравливать и сопротивление его будет резко падать. Причем резко, на пару порядков, как у фототранзистора.

Читайте также:  Назначение защитного заземления в электроустановках

Спектр
Кроме типа прибора у него еще есть рабочий спектр. Например, фотодетектор заточенный на инфракрасный спектр (а их большинство) практически не реагирует на свет зеленого или синего светодиода. Плохо реагирует на лампу дневного света, но хорошо реагирует на лампу накаливания и красный светодиод, а уж про инфракрасный и говорить нечего. Так что не удивляйся если у тебя фотодатчик плохо реагирует на свет, возможно ты со спектром ошибся.

Подключение
Теперь пора показать как это подключить к микроконтроллеру. С фоторезистором все понятно, тут заморочек нет никаких — берешь и подцепляешь как по схеме.
С фотодиодом и фототранзистором сложней. Надо определить где у него анод/катод или эмитер/коллектор. Делается это просто. Берешь мультиметр, ставишь его в режим прозвонки диодов и цепляешься на свой датчик. Мультиметр в этом режиме показывает падение напряжения на диоде/транзисторе, а падение напряжения тут в основном зависит от его сопротивления U=I*R. Берешь и засвечиваешь датчик, следя за показаниями. Если число резко уменьшилось, значит ты угадал и красный провод у тебя на катоде/коллекторе, а черный на аноде/эмитторе. Если не изменилось, поменяй выводы местами. Если не помогло, то либо детектор дохлый, либо ты пытаешься добиться реакции от светодиода (кстати, светодиоды тоже могут служить детекторами света, но там не все так просто. Впрочем, когда будет время я покажу вам это технологическое извращение).

Теперь о работе схемы, тут все элементарно. В затемненном состоянии фотодиод не пропускает ток в обратном направлении, фототранзистор тоже закрыт, а у фоторезистора сопротивление весьма высоко. Сопротивление входа близко к бесконечности, а значит на входе будет полное напряжение питания aka логическая единица. Стоит теперь засветить диод/транзистор/резистор как сопротивление резко падает, а вывод оказывается посажен наглухо на землю, ну или весьма близко к земле. Во всяком случае сопротивление будет куда ниже 10кОмного резистора, а значит напряжение резко пропадет и будет где то на уровне логического нуля. В AVR и PIC можно даже резистор не ставить, вполне хватит внутренней подтяжки. Так что DDRx=0 PORTx=1 и будет вам счастье. Ну а обратывать это как обычную кнопку. Единственная сложность может возникнуть с фоторезистором — у него не настолько резко падает сопротивление, поэтому до нуля может и не дотянуть. Но тут можно поиграть величиной подтягивающего резистора и сделать так, чтобы изменения сопротивления хватало на переход через логический уровень.

Если надо именно измерять освещенность, а не тупо ловить светло/темно, то тогда надо будет подцеплять все на АЦП и подтягивающий резистор делать переменным, для подстройки параметров.

Есть еще продвинутый тип фотодатчиков — TSOP там встроенный детектор частоты и усилитель, но о нем я напишу чуть попозже.

З.Ы.
У меня тут некоторые запарки, поэтому сайт будет сильно тупить с обновлением, думаю это до конца месяца. Дальше надеюсь вернуться в прежний ритм.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector