حسّاسات الضوء والحسّاسات الضوئية

נגד תלוי-אור (LDR) – المقاومة الضوئية (Light Dependent Resistor)

نقيس شدّة الضوء الساقط على سطح بوحدة اللوكس [lx]؛ ويسمى هذا المقدار شدّة الإضاءة (עוצמת הארה). الجدول يعطي القيم النموذجية لمقاومة ضوئية شائعة من نوع GL5528. شدّة الإضاءة في العمود الثاني تقريبية، للتوضيح فقط.

زمن الاستجابة (זמן תגובה): المقاومة الضوئية بطيئة. في GL5528 زمن الصعود نحو 20 ms وزمن الهبوط نحو 30 ms (قيمة نموذجية حسب ورقة البيانات)، وبعد ظلام طويل تحتاج وقتا أطول. هذا يكفي لمصباح ليلي، لكنه لا يكفي لعدّ نبضات سريعة.

נגד תלוי-אור במחלק מתח – المقاومة الضوئية في مُجزِّء الجهد (LDR in a Voltage Divider)

نختار عادة R_F = 10 kΩ ، وهي قريبة من مقاومة GL5528 في ضوء الغرفة الخافت، فيتغيّر الجهد على مدى واسع بين الظلام والضوء. الجدول يبيّن السلسلة كلها مع R_F = 10 kΩ : الضوء يزداد ← المقاومة تقلّ ← الجهد يرتفع ← القيمة الخام تزداد:

מנורת לילה אוטומטית עם היסטרזיס – مصباح ليلي تلقائي بعتبتين (Automatic Night Lamp with Hysteresis)

الفكرة البسيطة: «إذا كان N أقل من عتبة أشعل المصباح، وإلا أطفئه». لكن عند الغروب يتغيّر الضوء ببطء، وغيمة أو ظلّ عابر يحرّك القراءة قليلا حول العتبة، فيشتعل المصباح وينطفئ مرّات كثيرة. الحلّ هو التخلّف.

نختار أن يشتعل المصباح تحت 10 lx وأن ينطفئ فوق 20 lx. نحسب القيمة الخام لكل عتبة من مُجزِّء الجهد:

المصباح هنا مصباح بيان LED. جهده الأمامي نحو 2 V (قيمة نموذجية حسب ورقة البيانات لـ LED أحمر)، فالتيار I = 5 − 2330 ≈ 9.1 mA ، أقل من 20 mA المسموح لطرف 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);
}

نشغّل البرنامج في الغسق ثم عند الفجر. شدّة الإضاءة في كل ثانية (بوحدة lx) هي: 60، 25، 14، 11، 9، 12، 13، 8، 12، 17، 23، 40. الشاشة التسلسلية تُظهر:

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

المقارنة: لو استعملنا عتبة واحدة N_ON = 409 ، لكان عدد تغيّرات حالة المصباح في هذا التسلسل 4. مع العتبتين يشتعل مرّة واحدة عند هبوط N تحت 409 ، ولا ينطفئ إلا بعد أن يتجاوز 514؛ فيكون عدد التغيّرات 2 فقط.

חיישנים אופטיים נוספים – حسّاسات ضوئية أخرى (Other Optical Sensors)

المقاومة الضوئية بطيئة. عندما نحتاج إلى تفاعل سريع — عدّ قطع على حزام ناقل، تتبّع خطّ، عدّ دورات محرّك — نستعمل حسّاسات مبنية على الديود الضوئي (פוטודיודה) أو الترانزستور الضوئي (פוטוטרנזיסטור). كثير منها يعمل بـالأشعة تحت الحمراء (אינפרא-אדום) غير المرئية للعين، مع باعث ومستقبل في نفس الغلاف.

الأرقام نموذجية حسب أوراق البيانات. حسّاس الانعكاس (חיישן אופטי מחזיר) فيه باعث وترانزستور ضوئي متجاوران: الضوء ينعكس عن السطح الفاتح ويعود، والسطح الأسود يمتصّه. الحسّاس الضوئي ذو الشقّ (חיישן חריץ) فيه باعث وترانزستور ضوئي متقابلان على جانبي شقّ: جسم يدخل الشقّ يقطع الشعاع. الوحدات الجاهزة لهذين الحسّاسين تعطي غالبا مخرجا رقميا DO نقرؤه بالدالة digitalRead().

ملخّص قوانين الفصل:

قاموس المصطلحات – מילון מונחים:

أسئلة للتمرين: