Автоматическое управление яркостью свечения светодиода с помощью Arduino: схема и программа

Проблема экономии электроэнергии является одной из ключевых в современном мире. Часто можно наблюдать, как где-нибудь горит электрический свет в то время как в помещении (на улице) достаточно светло, тем самым растрачивая впустую электроэнергию. На нашем сайте мы уже рассматривали детектор темноты на основе Arduino и фоторезистора, который включал и выключал свет в зависимости от освещенности в комнате. Но в данном проекте мы будем не просто включать/выключать свет от уровня освещенности, но адаптивно регулировать (подстраивать) его яркость в зависимости от окружающей обстановки (освещенности). В качестве источника света будет использоваться светодиод мощностью 1 Вт, которым мы будем управлять с помощью платы Arduino и транзистора.

Принцип управления яркостью свечения светодиода будет основан на использовании ШИМ (широтно-импульсной модуляции), изменяя коэффициент заполнения которой можно заставить светодиод гореть ярче/темнее.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
Фоторезистор (LDR) (купить на AliExpress).
Транзистор 2N2222 (купить на AliExpress).
Резистор 510 Ом (купить на AliExpress).
Резистор 100 кОм (купить на AliExpress).
Конденсатор 0,1 мкФ (купить на AliExpress).
Светодиод мощностью 1 Вт.
Соединительные провода.
Макетная плата.

Схема проекта

Схема автоматического управления яркостью свечения светодиода с помощью Arduino и фоторезистора представлена на следующем рисунке.

Как видите, она достаточно проста и, будем надеяться, ее сборка не вызовет у вас затруднений.

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же обсудим его наиболее важные фрагменты.

Сначала в программе нам необходимо объявить используемые переменные и инициализировать используемые контакты – на pin 12 мы будем формировать ШИМ (PWM) сигнал, а на A0 считывать аналоговое значение напряжения.

int pwmPin = 2; // на pin 2 мы будем формировать ШИМ сигнал
int LDR = A0; // с контакта A0 мы будем считывать аналоговое значение напряжения
int c1 = 0;   // объявляем переменную c1
int c2 = 0;   // объявляем переменную c2

int pwmPin = 2; // на pin 2 мы будем формировать ШИМ сигнал

int LDR = A0; // с контакта A0 мы будем считывать аналоговое значение напряжения

int c1 = 0; // объявляем переменную c1

int c2 = 0; // объявляем переменную c2

Далее, в функции loop мы будем считывать аналоговое значение напряжения с помощью команды “analogRead(LDR)”, а затем сохранять это значение напряжения в переменной “value”. Потом при помощи несложных математических преобразований мы будем формировать ШИМ сигнал с нужным нам коэффициентом заполнения. Если аналоговое значение напряжения (с выхода АЦП) меньше 500, то мы будем адаптивно управлять яркостью свечения светодиода, а если больше или равно 500 – то мы будем включать его на полную мощность.

  int value = analogRead(LDR);
  Serial.println(value);
  c1= value;
  c2= 500-c1;     // вычитаем c1 из 500 и результат сохраняем в c2

  if (value < 500)
  {
  digitalWrite(pwmPin, HIGH);
  delayMicroseconds(c2);  
  digitalWrite(pwmPin, LOW); 
  delayMicroseconds(c1);  
  }

  if (value > 500)
  {
    digitalWrite(2,LOW);
  }
}

int value = analogRead(LDR);

Serial.println(value);

c1= value;

c2= 500-c1; // вычитаем c1 из 500 и результат сохраняем в c2

if (value < 500)

{

digitalWrite(pwmPin, HIGH);

delayMicroseconds(c2);

digitalWrite(pwmPin, LOW);

delayMicroseconds(c1);

}

if (value > 500)

{

digitalWrite(2,LOW);

}

Более подробно об использовании ШИМ в Arduino можно прочитать в этой статье.

Принцип работы проекта

Как можно видеть из представленной выше схемы, мы использовали делитель напряжения, состоящий из фоторезистора и резистора сопротивлением 100 кОм. Выход делителя напряжения подключен к аналоговому входу Arduino – с выхода его АЦП мы считываем значение напряжения. Из-за изменений условий освещенности сопротивление фоторезистора уменьшается, следовательно, изменяется и значение напряжения на аналоговом входе Arduino. Если вокруг темно, то сопротивление фоторезистора велико, следовательно напряжение на аналоговом входе Arduino мало. Это полученное значение напряжения мы затем преобразуем в коэффициент заполнения ШИМ, который непосредственным образом влияет на яркость свечения светодиода. Принцип работы нашей схемы можно пояснить с помощью следующей условной диаграммы:

Интенсивность света на фоторезисторе ↓ — Сопротивление фоторезистора↑ — Напряжение на аналоговом входе Arduino↓ — Коэффициент заполнения ШИМ (PWM)↑ — Яркость свечения светодиода↑.

Если вокруг достаточно светло и значение на выходе АЦП аналогового входа Arduino более 500, то мы выключаем светодиод.

Также на нашем сайте вы можете посмотреть все проекты, в которых был использован фоторезистор.

Исходный код программы

int pwmPin = 2; // на pin 2 мы будем формировать ШИМ сигнал
int pot = A0; // с контакта A0 мы будем считывать аналоговое значение напряжения
int c1 = 0;   // объявляем переменную c1
int c2 = 0;   // объявляем переменную c2
void setup()  // setup loop
{
  pinMode(pwmPin, OUTPUT); 
  pinMode(pot, INPUT);  
  Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
  int value = analogRead(pot);
  Serial.println(value);
  c1= value; 
  c2= 500-c1;         // вычитаем c1 из 500 и результат сохраняем в c2
  
  if (value < 500)
  {
  digitalWrite(pwmPin, HIGH); 
  delayMicroseconds(c2);   
  digitalWrite(pwmPin, LOW);  
  delayMicroseconds(c1);   
  }
  if (value > 500) // если светло – выключаем светодиод
  {
    digitalWrite(2,LOW);
  }
}

int pwmPin = 2; // на pin 2 мы будем формировать ШИМ сигнал

int pot = A0; // с контакта A0 мы будем считывать аналоговое значение напряжения

int c1 = 0; // объявляем переменную c1

int c2 = 0; // объявляем переменную c2

void setup() // setup loop

{

pinMode(pwmPin, OUTPUT);

pinMode(pot, INPUT);

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

int value = analogRead(pot);