Von: Jeremy Cook
Elektrisches Licht benötigt Energie. Wenn Sie sich in einer Situation befinden, in der Strom nur begrenzt zur Verfügung steht (z. B. bei Verwendung eines batteriebetriebenen Geräts) sollten Sie keine wertvolle Energie verschwenden, wenn die Sonne scheint oder es bereits andere Lichtquellen gibt. In diesem Artikel konstruieren wir einen Lichtsensorschaltkreis, um eine LED automatisch auszuschalten, wenn Licht entdeckt wird.
Lichtsensorschaltkreis: LDR, Transistor, Widerstand
Für dieses Experiment benötigen Sie die folgenden Komponenten. Die verwendeten Werte sind in Klammern angegeben, können jedoch abhängig von der Eingangsspannung und den verfügbaren Komponenten geändert werden:
- NPN-Transistor [2N2222A]
- (2) Widerstände [R1 = 102Ω, R2 = 5,1kΩ]
- LED [rot]
- LDR
- Spannungsquelle [5 V]
Schließen Sie Ihren Schaltkreis entsprechend dem unten gezeigten Schaltbild „DARK DETECT“ an. Bei korrekter Implementierung wird die LED bei fehlendem Licht eingeschaltet. Wenn der LDR ausreichend Licht entdeckt, wird die LED ausgeschaltet.
Lichtschaltkreisdiagramm: Revers-R2 und LDR zur Erkennung von Licht oder Dunkelheit
Beschreibung des Lichtsensorschaltkreises
Wenn Licht auf den LDR scheint, wird dessen elektrischer Widerstand im Bereich von mehreren MOhm bei totaler Dunkelheit in den 100-Ohm-Bereich bei ausreichend Licht reduziert. LDR und R2 dienen als Spannungstrenner, wobei die Spannung bei VX der Formel VX = VDC * RLDR / (RLDR + R2) folgt. Der Strom fließt vom Kollektor (3) zum Emitter (1), wenn die VX/Basisspannung ausreichend hoch ist (ungefähr 0,6 VDC in meinem Setup). In aktivem Zustand fließt Strom durch die LED und den Transistor, gehemmt von R1, um die LED zu schützen.
Zur dynamischen Änderung des Punkts, an dem die LED eingeschaltet wird, können Sie einen variablen (einstellbaren) Widerstand für R2 verwenden. Wenn der Widerstand höher eingestellt wird, ist ein größerer LDR-Widerstand – und damit mehr Licht – erforderlich, um eine ausreichende Spannung (VX) zu erreichen, den Transistor zu aktivieren und die LED einzuschalten.
Entdeckung von Dunkelheit | Von: Jeremy Cook
Umgekehrt können Sie die Position von R2 und LDR umkehren, um die LED bei ausreichend Licht einzuschalten. In dieser Situation wird der Spannungsabfall von VX zur Masse höher, da der LDR-Widerstand desto stärker reduziert wird, je mehr Licht es gibt. Wenn VX ausreichend hoch ist, kann Strom zur LED fließen.
Mikrocontroller, Operationsverstärker und die Steuerung von „Dingen“
Das Einschalten einer LED abhängig vom Umgebungslicht ist sicherlich nützlich für Beleuchtungszwecke. Für diese Art von lichtabhängigen Widerstandsschaltkreisen gibt es jedoch weitere Anwendungsfälle.
Differenzielle Spannungseingänge (aus einem LDR oder anderen Quellen) können mit einem Operationsverstärker anstelle eines einzelnen Transistors zum Schalten verwendet werden. Sie können auch einen Mikrocontroller (oder andere Computing-Geräte mit einem Analog-zu-Digital-Wandler) verwenden, um Geräte abhängig vom Umgebungslicht zu betreiben. Wir beschreiben hier die Verwendung eines solchen Sensors mit einem Arduino-Mikrocontroller.
Die Messung von Licht (oder von fehlendem Licht) kann für die Anwesenheitserkennung oder für die Weitergabe von Signalen unter Wahrung der elektrischen Isolation verwendet werden. Mittels lokaler Computing-Ressourcen können Daten sogar in die Cloud gesendet und mit Daten aus anderen Sensorgeräten kombiniert werden. Die entsprechenden Steuerungsmöglichkeiten werden nur noch von Ihrer Vorstellungskraft begrenzt. Nicht schlecht für einen so einfachen und kostengünstigen Sensor!
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