חיישני אור וחיישנים אופטיים

נגד תלוי-אור (LDR) (Light Dependent Resistor)

את עוצמת האור הפוגע במשטח נמדוד ביחידות לוקס [lx]; הגודל הזה נקרא עוצמת הארה. הטבלה נותנת ערכים אופייניים של נגד תלוי-אור נפוץ מדגם GL5528. עוצמת ההארה בעמודה השנייה משוערת, להמחשה בלבד.

זמן תגובה: הנגד התלוי-אור איטי. ב-GL5528 זמן העלייה כ-20 ms וזמן הירידה כ-30 ms (ערך אופייני לפי גיליון הנתונים), ואחרי חושך ממושך הוא זקוק לזמן ארוך יותר. זה מספיק למנורת לילה, אבל לא מספיק לספירת פולסים מהירים.

נגד תלוי-אור במחלק מתח (LDR in a Voltage Divider)

בדרך כלל נבחר R_F = 10 kΩ, ערך קרוב להתנגדות של GL5528 באור חלש של חדר, וכך המתח משתנה בתחום רחב בין חושך לאור. הטבלה מראה את השרשרת כולה עם R_F = 10 kΩ: האור מתחזק ← ההתנגדות קטנה ← המתח עולה ← הערך הגולמי גדל:

מנורת לילה אוטומטית עם היסטרזיס (Automatic Night Lamp with Hysteresis)

הרעיון הפשוט: "אם N קטן מהסף, הדלק את המנורה; אחרת כבה אותה". אבל בשקיעה האור משתנה לאט, וענן או צל חולף מזיזים את הקריאה מעט סביב הסף, והמנורה נדלקת ונכבית פעמים רבות. הפתרון הוא היסטרזיס.

נבחר שהמנורה תידלק מתחת ל-10 lx ותיכבה מעל 20 lx. נחשב את הערך הגולמי של כל סף ממחלק המתח:

המנורה כאן היא נורית חיווי LED. המתח הקדמי שלה כ-2 V (ערך אופייני לפי גיליון הנתונים עבור LED אדום), ולכן הזרם I = 5 − 2330 ≈ 9.1 mA, פחות מ-20 mA המותרים להדק של Uno.

const int LDR_PIN  = A0;    // LDR to 5V, 10k to GND
const int LAMP_PIN = 8;     // LED + 330 ohm to GND
const int N_ON  = 409;      // darker than this -> lamp ON  (~10 lx)
const int N_OFF = 514;      // brighter than this -> lamp OFF (~20 lx)

bool lampOn = false;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LAMP_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  int n = analogRead(LDR_PIN);
  float v = n * 5.0 / 1023.0;
  if (!lampOn && n < N_ON)  lampOn = true;
  if (lampOn && n > N_OFF)  lampOn = false;
  digitalWrite(LAMP_PIN, lampOn ? HIGH : LOW);

  Serial.print("N = "); Serial.print(n);
  Serial.print("  V = "); Serial.print(v, 2);
  Serial.print("  lamp = "); Serial.println(lampOn ? "ON" : "OFF");
  delay(1000);
}

נריץ את הסקיצה בדמדומי הערב ואחר כך עם שחר. עוצמת ההארה בכל שנייה (ביחידות lx) היא: 60, 25, 14, 11, 9, 12, 13, 8, 12, 17, 23, 40. הצג הטורי מציג:

N = 677  V = 3.31  lamp = OFF
N = 548  V = 2.68  lamp = OFF
N = 460  V = 2.25  lamp = OFF
N = 423  V = 2.07  lamp = OFF
N = 394  V = 1.93  lamp = ON
N = 436  V = 2.13  lamp = ON
N = 448  V = 2.19  lamp = ON
N = 377  V = 1.84  lamp = ON
N = 436  V = 2.13  lamp = ON
N = 489  V = 2.39  lamp = ON
N = 536  V = 2.62  lamp = OFF
N = 619  V = 3.03  lamp = OFF

השוואה: אילו השתמשנו בסף אחד N_ON = 409, מספר השינויים במצב המנורה ברצף הזה היה 4. עם שני ספים היא נדלקת פעם אחת כש-N יורד מתחת ל-409, ונכבית רק אחרי שהוא עולה מעל 514; כך מספר השינויים הוא 2 בלבד.

חיישנים אופטיים נוספים (Other Optical Sensors)

הנגד התלוי-אור איטי. כשדרושה תגובה מהירה — ספירת פריטים על מסוע, מעקב אחרי קו, ספירת סיבובים של מנוע — משתמשים בחיישנים המבוססים על פוטודיודה או על פוטוטרנזיסטור. רבים מהם עובדים בקרינה אינפרא-אדומה, שאינה נראית לעין, עם משדר ומקלט באותו מארז.

המספרים אופייניים לפי גיליונות הנתונים. בחיישן אופטי מחזיר יש משדר ופוטוטרנזיסטור זה לצד זה: האור מוחזר מן המשטח הבהיר וחוזר, והמשטח השחור בולע אותו. בחיישן חריץ יש משדר ופוטוטרנזיסטור זה מול זה משני צדי חריץ: גוף שנכנס לחריץ קוטע את הקרן. המודולים המוכנים של שני החיישנים האלה נותנים בדרך כלל מוצא ספרתי DO, שקוראים בפונקציה digitalRead().

סיכום נוסחאות הפרק:

מילון מונחים:

שאלות לתרגול: