Цифровий люксметр (вимірювач освітленості) своїми руками

Під час навчального процесу нам у кабінет охорони праці знадобився прилад для вимірювання освітленості - люксметр. Переді мною постала задача вирішити проблему відсутності такого приладу в найкоротші терміни найбільш ефективним методом. Виходячи з цього, довелося розробляти та збирати люксметр з того, що було.

Загальні відомості.
Серцем люксметра є мікроконтролер Atmega8. В якості датчика освітленості застосовано фоторезистор. Оскільки модель цього фоторезистора невідома, відповідно, невідомі й його параметри, то в схемі передбачена можливість калібрування.

Також, важливою особливістю є те, що фоторезистор - нелінійний елемент. Тобто при зміні освітленості на одну й ту саму величину, його опір змінюється неоднаково. Тому для обробки нелінійного сигналу був застосований метод, який називається "лінійно-кусочна апроксимація". Вдаватися в подробиці цього методу в рамках цієї статті немає сенсу, адже це досить обширна тема, хоча і нічого особливо складного в ній немає. Можливо, про цей метод буде написана окрема стаття.

Ця характеристика була знята за допомогою програми "Люксметр" на смартфоні Android. Звісно, цифрові значення з характеристики носять характер приблизних, проте дозволяють зрозуміти принцип зміни параметрів датчика. Не забуваємо також про можливість калібрування. Відзначу, що прилад вийшов досить точним.

В якості стабілізатора напруги застосовано класичний інтегральний лінійний стабілізатор L7805. Запитувати пристрій можна як від батарейки типу 6F22 ("Крона"), так і від будь-якого іншого джерела живлення напругою 6-30 В.

Принцип роботи схеми.

Сигнал з резистивного дільника LDR1-RV1, в одному плечі якого встановлено фоторезистор, надходить на вхід ADC1 мікроконтролера. АЦП мікроконтролера здійснює вимірювання та перетворення результату. Потенціометр RV1 призначений для калібрування приладу. Його значення не обов'язково має бути 3.3 кОм. У моєму випадку встановлений багатооборотний підстроювальний резистор на 15 кОм (що було під рукою).

Вивід результатів вимірювань здійснюється на дворядний індикатор WH1602 (на контроллері HD44780), який підключений до мікроконтролера по 4-бітній шині. Потенціометр RV2 також може мати будь-який номінал. Він призначений для регулювання контрастності дисплея. Вивід рухомого контакту потенціометра підключений на висновок VEE індикатора (іноді зустрічається V0), а два крайні висновки до +5 В і землі відповідно. При увімкненні пристрою на дисплеї може нічого не висвітитися. Для усунення цього обертаємо підстроювальний резистор RV2 і досягаємо чіткого зображення.

Якщо показання будуть стрибати або швидко змінюватися, то рекомендую припаяти паралельно фоторезистору електролітичний конденсатор ємністю близько 50 мкФ (не критично). Такий ефект може виникати внаслідок впливу електромагнітних полів, що нас оточують. У мене спочатку фоторезистор був встановлений на платі і такої проблеми не було. Але коли я зробив його виносним для монтажу в корпусі, незважаючи на те, що довжина проводів була невеликою, виникла така проблема. Все вирішилося після установки конденсатора.

В програмі проводиться усереднення значення по 60 замірам, що досить непогано.

Максимально вимірюване значення складає близько 2500 Лк. Для вимірювання в приміщеннях цього достатньо. А для вимірювання на вулиці (тим більше, у сонячну погоду) потрібен вже інший прилад - вимірювач КЕО (коефіцієнта природного освітлення).

Фотографії готового пристрою.
Друкована плата вийшла не зовсім вдалою, оскільки були проблеми з принтером. Через це довелося робити широкі доріжки і розміри плати вийшли досить великими (хоча для мене це не критично). Якщо застосувати SMD компоненти, то вийде зовсім мініатюрний пристрій.

В подальшому "Крону" було замінено на 4 пальчикових батарейки типу AA.

Список радіоелементів