ساخت مدار حساس به نور (Light-sensing circuit)

در این مقاله ابتدا توضیح مختصری راجب دو نوع سیگنال آنالوگ و دیجیتال خواهیم داد سپس به معرفی و کاربرد خازن و همچنین مقاومت نوری میپردازیم. در انتها نحوه ساخت مدار حساس به نور را با استفاده از بورد رزبری پای به شما آموزش خواهیم داد. تا انتهای این مقاله همراه ما باشید.

ورودی‌های آنالوگ و دیجیتال

در حوزه مهندسی برق دو نوع ورودی و خروجی (input/output) وجود دارد: آنالوگ و دیجیتال. تشخیص ورودی/خروجی‌های دیجیتال نسبتاً آسان است؛ این نوع ورودی/خروجی یا روشن هستند و یا خاموش، یا صفر هستند یا 1.

زمانی که صحبت از ولتاژ و RPi به میان می‌آید، تمامی ورودی‌هایی که ولتاژ آن‌ها زیر 8/1 ولت هستند، خاموش و تمامی ورودی‌هایی که ولتاژ بالای 8/1 ولت هستند روشن در نظر گرفته می‌شوند. از سوی دیگر خروجی‌هایی با ولتاژ 0 ولت خاموش و خروجی‌هایی با ولتاژ 3/3 ولت روشن هستند.

اما در ورودی/خروجی‌های آنالوگ شرایط کمی متفاوت است. ولتاژ ورودی آنالوگ می‌تواند از 0 ولت تا 3/3 ولت باشد و RPi هم نمی‌تواند ولتاژ آن را به صورت دقیق تشخیص دهد.

با توجه به اینکه RPi فقط می‌تواند زمانی که ولتاژ یک پین GPIO بیشتر از 8/1 ولت است را به ما اطلاع دهد،  چگونه می‌توانیم با استفاده از آن مقدار یک ورودی آنالوگ را تعیین کنیم؟

معرفی خازن 

خازن‌ نوعی قطعه الکتریکی است که می‌تواند بار الکتریکی را در خود ذخیره کند.

زمانی‌که جریان الکتریکی به یک خازن وارد می‌شود، خازن شروع به ذخیره بار الکتریکی می‌کند. ولتاژ در خازن با مقدار کم شروع می‌شود همزمان با شارژ شدن خازن افزایش می‌یابد. اگر یک مقاومت الکتریکی را به طور سری با خازن قرار دهیم می‌توانیم سرعت شارژ شدن آن را کاهش دهیم. در صورتی‌که مقاومت بالا باشد، خازن به کندی شارژ می‌شود و در صورتی‌که مقاومت پایین باشد خازن به سرعت شارژ می‌شود.

اگر زمانی برای شارژ شدن خازن و رسیدن ولتاژ آن به 8/1 ولت ( روشن شدن) مشخص کنید، می‌توانید مقاوت را به صورت سری با آن قرار دهید. بیشتر خازن‌ها دارای قطب، یعنی پایه منفی و مثبت هستند. در چنین خازن‌هایی پایه منفی کوتاه‌تر است و با علامت ‘-‘ مشخص می‌شود.

مقاومت نوری

LDR ( که گاهی اوقات فتوسل (Photocell) هم نامیده می‌شود) نوعی مقاومت الکتریکی است.

زمانی‌که به LDR نور می‌خورد، مقاومت‌ش خیلی کم است و زمانی‌که در تاریکی است مقاومت بالایی دارد. برای تهیه و مشاهده لیست فروشندگان مقاوت LDR کلیک کنید.

اگر یک خازن را به صورت سری با یک LDR قرار دهیم، خازن با سرعت‌ متفاوت و بسته به اینکه محیط روشن است یا تاریک، شارژ می‌شود.

ساخت مدار حساس به نور با استفاده از رزبری پای (Light-sensing circuit)

همانند تصویر زیر یک LDR در بردبورد خود جای دهید:

اکنون یک خازن را به صورت سری با LDR قرار دهید. با توجه به اینکه خازن دو قطبی است، حتماً پایه مثبت، یعنی پایه بلندتر را در همان شیار (track) پایه LDR قرار دهید.

در پایان، برای وصل کردن این دو قطعه به RPiتان، سیم‌های جامپر را اضافه کنید.

کدنویسی مدار حساس به نور

خوشبختانه، بیشتر کدهای پیچیده‌ای که لازم بوده برای تشخیص میزان نوری که LDR دریافت می‌کند بنویسید به صورت خلاصه در کتابخانه gpiozero قرار داده شده است. این کتابخانه مدت زمان لازم برای شارژ خازن و تخلیه آن را کنترل و مدیریت می‌کند.

برای راه‌ اندازی حسگر نوری از کد زیر استفاده کنید:

from gpiozero import LightSensor, Buzzer
ldr = LightSensor(4)  # alter if using a different pin
while True:
    print(ldr.value)

کد را اجرا کنید و سپس LDR را با دست‌تان بپوشانید و میزان شارژ را نگاه کنید. سپس LDR را در معرض نور شدید قرار دهید.

چالش