Главная » Измерения
Призовой фонд
на август 2019 г.
1. 1000 руб
Паяльник
2. Тестер компонентов MG328
Паяльник
3. 200 руб.
От пользователей

Цифровой люксметр (измеритель освещённости) своими руками

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. Поэтому для обработки нелинейного сигнала был применён метод, который называется "линейно-кусочная аппроксимация". Вдаваться в подробности этого метода в рамках этой статьи нет смысла, так как это довольно обширная тема, хотя и ничего особо сложного в ней нет. Возможно, об этом методе будет написана отдельная статья.

График зависимости сопротивления фоторезистора от освещённости

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.
Принципиальная схема

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 двухстрочный 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. 

Общий вид готового устройства

Вид печатно платы со стороны дорожек

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
U1 МК AVR 8-бит
ATmega8A
1 Поиск в Utsource В блокнот
U2 Линейный регулятор
LM7805
1 Любой стабилизатор +5 ВПоиск в Utsource В блокнот
LCD1 LCD-дисплейWH16021 Поиск в Utsource В блокнот
С1, С3 Конденсатор100 нФ2 Поиск в Utsource В блокнот
С2 Конденсатор470 нФ1 Поиск в Utsource В блокнот
LDR1 Фоторезистор1 Поиск в Utsource В блокнот
RV1, RV2 Подстроечный резистор1 кОм1 Поиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (10) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
Mactep #
У фоторезистора не используется нелинейный участок характеристики. Используется только линейный участок, авометр и делитель. И всё. 4 детали, вместе с батарейкой. И получаете на дисплее люксы.
Использовать нелинейный участок - то же самое, что и сверлить паяльником: можно, но, знаете, как-то... неудобно.
Если кто сомневается, то вот ссылка на матчасть: http://electrono.ru/1-4-4-fotorezistory-zatuly.
Ответить
-1

[Автор]
eliseiml.ml #
Вы неправы, сударь. Как я мог использовать линейный участок, если нужный мне диапазон освещенностей находится именно на нелинейном участке характеристики конкретного фоторезистора?
Ответить
-1
Kokcmetr #
Да просто взять другой фоторезистор. С линейной характеристикой для 46 люксов.

Или Атмег - много, а вот фоторезисторов - нет?
Так сходите в ближайшую лавку, слава богу, там такого "добра" - завались.
Ответить
-1

[Автор]
eliseiml.ml #
Да просто другого фоторезистора не было в ближайшей лавке. Какой был - такой и использовал. Задача разработчика найти разумный выход из ситуации и в данном случае, я считаю, он был найден. А умничать не стоит. При наличии другого резистора я бы не стал заниматься мазохизмом.
Ответить
-1
Mactep #
Неправильно. Вам по-человечески говорят: не занимайтесь мазохизмом. Не забивайте гвозди кинескопом (у вас ведь нет молотка, ведь так?).
Википедия указывает, что 46 люкс - это освещенность туалета.
Зачем вам измерять освещенность туалета? Чтобы лучше было видно?
И вообще, столько буков, а результат - ?
Ответить
-1
green #
Вам 46 показано как работа устройства, а не предельное значение, которое как утверждает автор, составляет около 2500лк. Без нелинейной характеристики тут не обойтись, тем более при существующем датчике, что вам как бы объяснили и показали на графике. Неправильно тут будет настаивать на своем мнении в том, чего вы толком и не поняли.
Ответить
-1
Макс #
Вы собрали устройство?
Ответить
-1
green #
Ну на картинках автора это вроде как показано. Вопрос в том, работает ли это. Собирал схему в портеусе, до 330лк меряет нормально, дальше все плохо. Видимо дело в линейно кусочной апроксимации, но по каким формулам она высчитана мне не ясно.
Ответить
+1

[Автор]
eliseiml.ml #
Дело в том, что у фоторезистора протеуса может быть (не может быть, а так и есть) другая характеристика. У меня тоже расходилось. В реальности моим фоторезистором все нормально измеряло.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

UNI-T UT-61A
UNI-T UT-61A
Мультиметр DT9205A Паяльная станция Hakko 936
вверх