Как сделать датчик освещенности

Принцип работы сумеречного выключателя и схема его подключения

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);
  }
}

Данное устройство имеет простейшее строение. Внутри него устанавливается специальная деталь, называемая светочувствительным элементом. Обычно это фотодиод либо фоторезистор. Каждый из этих элементов способен увеличивать или уменьшать сопротивление внутри датчика, ориентируясь на уровень естественной освещённости.

Говоря простыми словами, датчик света работает как выключатель, но происходит это в автоматическом режиме. Величина светового потока, при котором фотореле (датчик включения) срабатывает, настраивается вручную и не требует особых знаний.

Данные приборы по своей конструкции имеют схожие черты. Как правило, датчики представляют собой небольшую пластмассовую коробку, которая монтируется на стене или на корпусе самого осветительного прибора.

Установка фотореле занимает немного времени и позволяет экономить достаточное количество электрической энергии. Сумеречный датчик окупает себя в минимальные сроки.

Подключение фотореле для уличного освещения в условиях повышенной мощности предполагает небольшие изменения в процессе монтажа. В данном случае прибор подсоединяют через магнитный пускатель.

Если предусмотрена установка нескольких датчиков света, то в таком случае они подключаются параллельно.

Также существуют приборы, имеющие выносной датчик. Такая конструктивная особенность позволяет устанавливать прибор освещения вместе с фотореле в местах недосягаемости естественного света.

Современные технологии не стоят на месте, вместе с ними меняется схема управления освещением. Регулировка яркости света, время освещения и другие показатели могут настраиваться и поддерживаться в автоматическом режиме через компьютер и сеть интернет.

На рисунке представлена обобщённая стандартная схема подключения датчика освещённости. Производители этих приборов постоянно улучшают конструкцию и вносят корректировки в схемы и режимы работы. Все зависит от соотношения стоимости фотореле к качеству его изготовления.

Выше была описана схема установки датчика фотореле для уличного освещения. Но с помощью чего фотореле определяет тот момент, когда необходимо замкнуть или разомкнуть электрическую цепь? В данных устройствах применяются чувствительные элементы из разных полупроводниковых металлов, которые монтируются на том месте датчика, куда падает естественный свет.

  • фоторезистор (сопротивление изменяется в зависимости от окружающего естественного светового потока благодаря содержанию сульфида или селенида кадмия внутри элемента);
  • фотодиод (способен генерировать электрический заряд с помощью фотовольтатического эффекта); 05-photodiode-3
  • фототранзистор (является оптоэлектронным проводником, реагирующим на естественную освещённость с помощью облучения части своей базы);06-fototranzistor
  • фототиристор (применяют в цепях с постоянным током, регулирует напряжение исходя из естественного луча света, падающего на его матрицу);
  • фотосимистор (работает от переменного тока, синхронизирует подаваемый ток из нескольких каналов, например, из 2-ух фототиристоров, и передаёт его на главный электрод, который управляет всей схемой).08-fotosimistor

Схема подключения датчика освещения для уличного освещения небольшой территории будет описана ниже. Для этого нам понадобится лампа, предварительно вкрученная в патрон, и само фотореле.

Для большей наглядности мы произведём установку на стенде. Для этого крепим рядом друг с другом датчик освещённости и лампу в патроне, которая будет символизировать светильник.

Далее следует подсоединить нулевую и входную фазы к самому датчику света (как правило, на корпусе отмечены места присоединения).

Вставив специальные прорезиненные пробки в эти отверстия, можно подсоединять провода. Данные резиновые заглушки хорошо защищают от пыли и других вредных воздействий извне.

Кончики проводов перед присоединением хорошо зачищаем (примерно на величину в 1 см).

Далее подключаем провода к датчику в такой последовательности:

  1. входную фазу;
  2. нулевую фазу;
  3. защитную фазу (заземление).

Аналогичным способом подключаются провода и к самому осветительному прибору. Входную и нулевую фазы подводим к патрону, а фаза заземления подключается к корпусу прибора для освещения.

Последним этапом будет настройка чувствительности регулятора нашего фотодатчика. На этом процесс монтажа заканчивается, осталось только установить на место защитную крышку и закрутить болты.

Предлагаем ознакомиться:  Как составлять и разгадывать ребусы? Правила и примеры

Вот так выглядит вся процедура подключения датчика освещения и осветительного прибора к электрической цепи. Она не представляет собой ничего сложного, необходимо только соблюдать правильный порядок подключения проводов. В противном случае можно получить негативные последствия, вплоть до короткого замыкания или даже пожара.

Процедура подключение фотореле для уличного освещения к диодным источникам света или прожекторам является аналогичной вышеописанной и не представляет особой сложности.

Основные параметры для работы фотореле прописаны в ГОСТах и технической документации приборов. Эти показатели подобраны с учетом реалий использования в нашей стране, однако, на рынке присутствуют аналоги данных световых датчиков. Перед покупкой прибора обязательно следует убедиться в том, что прибор будет корректно работать при подключении к нашей электрической цепи.

Основные характеристики датчиков света:

  • величина номинального напряжения питания;
  • мощностные показатели потребления электрической энергии и уровень тепловой нагрузки на осветительный прибор;
  • условия эксплуатации в определённых климатических зонах (осадки, пыль, повышенная или пониженная температура окружающего воздуха и т. д.);
  • показатели светочувствительности;
  • разновидности и типы приборов (коммутируемые, люминесцентные и энергосберегающие).

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,

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.

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.

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.

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.

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.

Предлагаем ознакомиться:  Как поставить на учет авто по временной регистрации

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.

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.

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.
#define PIN_LED 13
#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);
  if (val < 300) {
    digitalWrite(PIN_LED, LOW);
  } else {
    digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
  }
}

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.

Предлагаем ознакомиться:  Как отбелить носки

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().
#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

}

int val = 1023 – analogRead(PIN_PHOTO_RESISTOR);

Недостатки сумеречных переключателей

Наряду с неоспоримыми преимуществами фотореле имеют и ряд значительных недостатков, о которых тоже стоит упомянуть в данной статье.

В отличие от датчика движения световые датчики не способны освещать определённое место в нужный момент. Свет загорается сразу на всех осветительных приборах, и освещение происходит не совсем рациональным способом. Может работать только одна лампа либо все сразу одновременно.

Данные приборы очень чувствительны к воздействиям извне и погодным условиям. Особенно часто они негативно реагируют на обычную пыль. Также девайс может не совсем адекватно срабатывать при внезапной перемене погоды, например, при наплыве тёмных туч он может «подумать», что наступила ночь и включить освещение.

Фотореле с регулировкой уровня освещения отличаются своим высоким ценником относительно своих аналогов.

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.

Подводя итоги к данной статье, хочется отметить неоспоримую выгоду от использования датчиков света. Внимательно прочитав данный текст, вы найдёте рекомендации специалистов о том, как подключить датчик к уличному освещению, как правильно настроить датчик, как подключить это устройство к уличному фонарю либо к лампе на лестничной клетке и многое другое. Устанавливая данное приспособление на осветительные приборы, можно уже начинать подсчитывать прибыль.

Относительная простота всей конструкции фотореле и довольно несложный процесс монтажа не потребуют от человека особых знаний в области электротехники. Необходимо только обладать первоначальными знаниями в этой сфере, внимательно изучить инструкцию по эксплуатации датчика и можно смело устанавливать фотореле своими руками.

Обширное применение светодиодных осветительных приборов в связке с фотореле даёт видимый результат в области экономии денежных средств, особенно на территориях, требующих большой площади освещения. Стоит напомнить, что при выборе подобного рода датчиков и их последующим приобретением, стоит внимательно изучить все данные, указанные на упаковке. Зарубежные аналоги, которых сейчас очень много на рынке РФ, могут быть просто не приспособлены для работы в наших электрических цепях.

Загрузка ...
Adblock detector