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技术知识具备传感功能并能显示环境光强度的LED

发布时间:2020-07-21 17:40:33 阅读: 来源:高温风机厂家

现代LED除了起到指示器和照明这些传统功用以外,还能充当光伏探测器。简单地把红色LED连到万用表,用类似的红色LED等明亮光源照射它,就会产生大于1.4V的读数(图 1)。某个反向偏置LED的模型等效一个充电电容器,该电容器与一个依赖光的电流源并联(参考文献1)。如果增加入射光,就会增强电流源,并能使等效电容器快速放电至电源电压。

本文引用地址:

图2表示了一种把LED当作光伏探测器的方法。如果把微控制器的输出2号引脚连到LED的阴极,就会反向偏置,把LED的内部电容充电至电源电压。如果把LED的阴极连到3号输入引脚,就会把高阻抗负载连到LED。光照LED,就会产生光电流。LED的内部电容最初被充电至电源电压,通过光电流源放电,当电容器上的电压降到微控制器的较低逻辑阈值电压以下时,3号引脚会检测逻辑0。如果增加入射光强度,就会更快地使电容器放电,较低的光电平会使放电速率下降。微控制器是Atmel AVR ATtiny15,测量3号引脚的电压到达逻辑0的时间,并计算入射到LED的环境光强度。另外,微控制器按照与入射光的强度成比例的频率使该LED闪烁。

图3显示了Everlight Electronics有限公司的3mm超亮红色LED,即D1,它采用无色透明的密封剂,充当环境光传感器。该电路只有4个元件,依靠3V ~ 5.5V的任何直流电源工作。该电路只使用AVR ATtiny15 的6根I/O引脚中的3根,其余引脚可用于控制外部设备或与之通信。传感器LED连到AVR微控制器的端口引脚PB0和PB3。另一根端口引脚PB3产生一个频率与入射光强度成比例的方波。该电路的工作原理是首先把正向偏压施加到LED上,持续一段固定时间,然后改变被施加到PB0和PB1的比特序列,由此把反向偏压施加到LED上。接下来,微控制器把 PB0重新配置成输入引脚。内部定时环路测量被施加到PB0的电压从逻辑1降到逻辑0的时间间隔为T。

把引脚PB0和PB1重新配置用来把正向偏压施加到LED,就完成了循环。时间间隔T与入射到LED上的环境光强度成反比。对于较弱光线,LED以较低频率闪烁,随着入射光强度的增加,LED闪烁更加频繁,以便提供入射光强度的视觉指示。

对于较低的正向电流值,LED的光输出强度呈良好的线性度。如需测试该电路,可把第二个相同LED的光输出耦合到传感器 LED,即图3中的D1。应该把这些LED 装在用不透明黑胶带遮盖的密封管中,由此确保外部光线不照射传感器LED。把照明LED的正向电流从0.33 mA改变为2.8mA,就会产生线性程度较高的传感器闪烁频率图(图4)。

作为传感器的LED的效率取决于它的反向偏压内部电流源和电容。如需估算反向光电流,可把一个1MΩ电阻器与传感器LED并联,并在施加一个来自外部光源的恒定照明度的同时,测量电阻器两端的电压。用 500kΩ和100kΩ电阻器代替1MΩ电阻器,重复测量。

对于处于恒定照明下并屏蔽了杂散环境光的代表性LED,我们为所有三个电阻器阻值测量到了大约25nA 的光电流。对于施加到传感器LED的相同照明度,可测量在引脚PB3产生的频率。

为计算LED的反向偏置电容,可把延时回路时间、LED的光伏电流、微控制器的逻辑1和逻辑0阈值电压代入公式并求解C,即LED的有效反向偏置结电容:(dV/dt)=(I/C),其中dV是测得的逻辑1电压减去逻辑0电压,dt是测得的LED内部电容放电时间,I是LED的光电流源的计算值。选定的LED的计算值范围是25pF ~ 60pF。

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