الرئيسية - السلاسل التعليمية - علوم الحاسب - [سلسلة تعلم الأردوينو] مشروع : قياس شدة الإضاءة باستخدام الأردوينو

[سلسلة تعلم الأردوينو] مشروع : قياس شدة الإضاءة باستخدام الأردوينو

نتعلم في هذه التدوينة كيفية قياس شدة الإضاءة باستخدام مستشعر المقاومة الضوئية عبر ربطها مع لوحة الأردوينو وطباعة النتائج ضمن شاشة المراقب التسلسلي.

قبل البدء بالمقال نتمنى منكم الاطلاع على باقي مقالات سلسلة تعلم الأردوينو ومقالات أخرى مفيدة وذات صلة في مجال الأنظمة المدمجة والبرمجة، وذلك من الرابط التالي : فهرس المقالات والدروس

1.مستشعر شدة الإضاءة Light Dependent resistor (LDR)

عنصر كهربائي حساس للضوء يتكون من مقاومة متغيرة مصنوعة من السيراميك وأنصاف النواقل، تتغير قيمة ممانعتها بتغير شدة الإضاءة المطبقة عليها وفق تناسب عكسي، أي عند ارتفاع شدة الضوء في البيئة المحيطة ستنخفض قيمة المقاومة الكهربائية للعنصر، والعكس صحيح، وذلك كما يوضح المخطط التالي:

  • تبلغ المقاومة في حالة الظلام 1 ميغا أوم إلى 100 ميغا أوم.
  • تتراوح قيمة المقاومة من 100 أوم إلى 3000 أوم وذلك في حال وجود ضوء بشدة 1000 لوكس.
  • يبلغ وقت الاستجابة للضوء (الوقت الذي يبلغ عنده التيار 65% من قيمته الاسمية بعد سقوط 1000 لوكس على المقاومة) من 1 ملي ثانية إلى 3 ملي ثانية.

أكثر التطبيقات الشائعة للمقاومة الضوئيّة هي الإنارة التلقائيّة للشوارع، وأيضاً في حسّاس الضّوء في الهواتف الذكية والكاميرات والمصاعد وخطوط الإنتاج في المصانع وغيرها.

2.مثال تطبيقي – قراءة شدة إضاءة الغرفة باستخدام المقاومة الضوئية

1.2 شرح عمل الدارة

باستخدام المقاومة الضوئية سيتم قراءة إشارة جهد كهربائي تتناسب قيمتها مع قيمة شد الإضاءة المحيطة، و عبر إجراء مجموعة من العمليات الحسابية على هذه القيمة سيكون بإمكاننا الحصول على قيمة شدة الإضاءة الفعلية وطباعتها على شاشة المراقب التسلسلي Serial Monitor .

2.2 العتاد المستخدم
  • لوحة أردوينو أونو Arduino UNO، أو أي لوحة متوافقة معها.
  • لوحة تجريب إلكترونية.
  • أسلاك توصيل Jumper-Wire.
  • مقاومة ضوئية LDR.
  • مقاومة أومية 10K أوم.
3.2 البرامج المستخدمة
  • بيئة التطوير الرسمية الخاصة بلوحات الأردوينو (للتحميل: اضغط هنا )
4.2 توصيل العتاد

يتم ربط المغرز التناظري بجهد دخل محدد باستخدام مقسم جهد يضم كل من المقاومتين الثابتة والضوئية كما في المخطط الآتي:

تستخدم دارة مجزئ الجهد السابقة تقريبا مع معظم الحساسات التماثلية التي تكون بشكل مقاومة متغيرة، فقط بتبديل مقاومة LDR بالمقاومة المتغيرة الأخرى.

ويكون شكل الدارة عمليا:

5.2 الشيفرة البرمجية
// LUX Meter By Arduino UNO

int input_pin = A0;//Analog Pin

// Variables reservation
int input_value , ldr_resistor , ldr_voltage , ldr_current , lux;

void setup() 
{
  // start the serial monitor with 9600 bps baud rate
  Serial.begin(9600);
}

void loop() 
{
  // Read the analog pin
  input_value = analogRead(input_pin);

  // convert the value range (0-1023) to (0-5V)
  input_value = input_value * 5.0 / 1024 ;

  // Measure the voltage dropped on LDR resistor
  ldr_voltage = 5 - input_value;

  // Measure the current that flow in a series circuit (R1+LDR)
  ldr_current = ldr_voltage / 10000 ; //  "I=V/R" : R1=10KOHM

  // Calculate The LDR resistor "R=V/I"
  ldr_resistor = ldr_voltage / ldr_current ; // LDR resdidtor in OHM

  // Convert Resistor mesurment Unit to KOHM
  ldr_resistor = ldr_resistor / 1000 ;

  // Calculate the luminiere in LUX
  lux = 5000 / ldr_resistor ;

  // Print the Values
  Serial.print("lux = ");
  Serial.println(lux);

  // Delays between readings
  delay (500); // 0.5 sec

}
6.2 ملاحظات حول الشيفرة البرمجية
  • تم استخدام شاشة المراقب التسلسلي لطباعة النتائج الخاصة بشدة الإضاءة .
  • تم تحويل قيمة جهد الدخل التماثلية المحصورة ضمن المجال 0-1023 إلى قيمة جهد فعلي محصور ضمن مجال قيمة التغذية 5 فولت باستخدام التحويل الرياضي input_value = input_value * 5.0 / 1024 ;
  • تم استخدام قانون كيرشوف بالجهد لحساب الجهد الهابط على المقاومة الضوئية وقانون أوم لحساب التيار الكهربائي المار ضمن الدارة (المقاومة الضوئية و المقاومة الثابتة 10K)، ومن ثم حساب قيمة المقاومة الضوئية من خلال قسمة قيمة الجهد على قيمة التيار الخاصتين بالمقاومة الضوئية .
  • بسبب ممانعة الدخل العالية للمغارز التماثلية (التيار الداخل للمتحكم مهمل) تكون قيمة التيار المار بالمقاومة الضوئية هي نفسها قيمة التيار المار بالمقاومة الثابتة 10K .
7.2 أفكار تطويرية
  • يمكنك تجريب الشيفرة السابقة مع استخدام الجمل الشرطية للتحكم بإضاءة أو إطفاء ديود ضوئي تبعا لشدة الإضاءة (نظام إضاءة الشوارع – نظام إغلاق بوابة المصعد).
  • يمكنك تعريف متغير يعمل كعداد (Counter) يحسب عدد مرات تمرير اليد أو جسم ما من أمام الحساس كما في خطوط الإنتاج .

3. ملخص

  • المقاومة الضوئية LDR عنصر يستطيع التحسس لشدة الإضاءة المحيطة، حيث تتناسب قيمة المقاومة بشكلٍ عكسيّ مع شدة الإضاءة المحيطة
  • يمكن ربط العنصر مع لوحة الأردوينو عبر دارة مجزئ جهد بسيطة من ومن ثم قراءة الجهد على خرج المجزئ
  • عبر معالجة قيمة إشارة الجهد التي تمت قرائتها، يمكن معرفة قيمة شدة الإضاءة التي يتم استشعارها عبر المقاومة الضوئية

عن Mouhamad Hadid

طالب هندسة الكترونيات و اتصالات في السنة الخامسة بجامعة دمشق مهتم بعالم الالكترونيات الرقمية و المتحكمات

تعليق واحد

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

x

‎قد يُعجبك أيضاً

[سبق تقني]: آي بي إم تُطلق أول شريحة معالجة بدقة تصنيع 2 نانومتر

أصبحت شركة آي بي إم الأميركية أول شركة في العالم تتمكن من تصنيع شريحة معالجة حاسوبية بتقنية تصنيع بدقة 2 نانومتر، متفوقة على كل الشركات الأخرى في هذا المجال