Во время учебного процесса потребовался нам в кабинет охраны труда прибор для измерения освещённости — люксметр. Передо мной стала задача решить проблему отсутствия такого прибора в кратчайшие сроки наиболее эффективным методом. Исходя из этого, пришлось разрабатывать и собирать люксметр из того, что было.
Общие сведения.
Сердцем люксметра является микроконтроллер Atmega8. В качестве датчика освещённости применен фоторезистор. Поскольку модель этого фоторезистора неизвестна, а соответственно, неизвестны и его параметры, то в схеме предусмотрена возможность калибровки.
Также, важной особенностью является то, что фоторезистор — нелинейный элемент. То есть при изменении освещенности на одну и ту же величину, его сопротивление изменяется неодинаково. Потому для обработки нелинейного сигнала был применён метод, который называется «линейно-кусочная аппроксимация». Вдаваться в подробности этого метода в рамках этой статьи нет смысла, потому что это довольно обширная тема, хотя и ничего особо сложного в ней нет. Возможно, об этом методе будет написана отдельная статья.
Данная характеристика была снята при помощи программы «Люксметр» на смартфоне Android. Конечно, цифровые значения с характеристики носят характер приблизительных, однако позволяют понять принцип изменения параметров датчика. Не забываем также про возможность калибровки. Отмечу, что прибор получился довольно точный.
В качестве стабилизатора напряжение применён классический интегральный линейный стабилизатор L7805. Запитывать устройство можно как и от батарейки типа 6F22 («Крона»), либо от любого другого источника питания напряжением 6-30 В.
Принцип работы схемы.
Сигнал с резистивного делителя LDR1-RV1, в одном плече которого установлен фоторезистор, поступает на вход ADC1 микроконтроллера. АЦП микроконтроллера производит измерение и преобразование результата. Потенциометр RV1 предназначен для калибровки прибора. Его значение не обязательно должно быть 3.3 кОм. В моём случае установлен многооборотный подстроечный резистор на 15 кОм (что было под рукой).
Вывод результатов измерений производится на 2-хстрочный индикатор WH1602 (на контроллере HD44780), который подключен к микроконтроллеру по 4-битной шине. Потенциометр RV2 также может иметь любой номинал. Он предназначен для регулировки контрастности дисплея. Вывод движка потенциометра подключен на вывод VEE индикатора (иногда встречается V0), а два крайних вывода к +5 В и земле соответственно. При включении устройства на дисплее может ничего не высветиться. Для устранения этого вращаем вращаем ручку подстроечного резистора RV2 и добиваемся чёткого изображения.
Если показания будут прыгать или быстро изменяться, то рекомендую запаять параллельно фоторезистору электролитический конденсатор ёмкостью около 50 мкФ (не критично). Такой эффект может возникать в результате мешающего влияния электромагнитных полей, окружающих нас. У меня изначально фоторезистор был установлен на плате и такой проблемы не было. Но когда я его сделал выносным для монтажа в корпусе, несмотря на то, что длина проводов была небольшой, появилась такая проблема. Всё решилось после установки конденсатора.
В программе производится усреднение значения по 60 замерам, что довольно неплохо.
Максимально измеряемое значение составляет около 2500 Лк. Для измерения в помещениях этого достаточно. А для измерения на улице (тем более, в солнечную погоду) требуется уже другой прибор — измеритель КЕО (коэффициента естественного освещения).
Фотографии готового устройства.
Печатная плата получилась не совсем удачной, т.к. были проблемы с принтером. Из-за этого пришлось делать широкие дорожки и размеры платы получились довольно большими (хотя для меня это не критично). Если применить SMD компоненты, то получится совсем миниатюрное устройство.
В последствии, «Крона» была заменена на 4 пальчиковых батарейки типа AA.
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
U1
МК AVR 8-битATmega8A1
U2
Линейный регуляторLM78051
Любой стабилизатор +5 ВLCD1
LCD-дисплейWH16021
С1, С3
Конденсатор100 нФ2
С2
Конденсатор470 нФ1
LDR1
Фоторезистор1
RV1, RV2
Подстроечный резистор1 кОм1
Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- Luxmeter.hex (8 Кб)
- LuxMeterAtmelStudioProject.rar (47 Кб)