Helligkeitssensor mit regelbarem Verstärker

Technik Bastel-Ecke
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Hallo Leute,

da mir die gängigen Helligkeitssensoren gerade bei Dämmerung zu unempfindlich sind, habe ich mir folgendes ausgedacht (die Grundidee ist geklaut - ich gebs zu) :smiley:

Die Photodiode BPW21 (spektale Empfindlichkeit wie das menschliche Auge), wird über einen Transimpedanz-Verstärker der Photostrom in 0-5V verstärkt. Diese Verstärkung kann ich bis zu Faktor 1000 über 2 Eingänge erhöhen.

E1=0 E2=0 Verst=1
E1=0 E2=1 Verst=10
E1=1 E2=0 Verst=100
E1=1 E2=1 Verst=1000

Diese Verstärkung war mir immer noch zu gering. Da größere Widerstände für die Verstärkung fast nicht zu bekommen sind, habe ich eine 2. Verstärkerstufe dahinter geschaltet. Hier ist nochmal Faktor 100 möglich.

E3=0 E4=0 Verst2=1
E3=0 E4=1 Verst2=10
E3=1 E4=0 Verst2=100

Diese Schaltung habe ich an einen AVR-Net-IO angeschlossen und ganz grob wie folgt eine Funktion erstellt, die die Verstärkung regelt:

[ul]
[li]Ist der Analog-Input < 90 erhöhe Verstärkung[/li][li]Ist der Analog-Eingang >950 erniedrige Verstärkung[/li][/ul]

Per Telnet wird der Eingangs-Wert 0-1023 und die Verstärkung an IPS gesendet, und dort multipliziert. Der kleine ATMega32 hatte irgendwie Probleme mit so großen Zahlen und ich keine große Lust dort Zeit zu investieren.

Im ersten Diagramm seht Ihr die Helligkeit an einem sonnigen Septembertag. Nach oben sollte für die Helligkeit im Sommer noch genügend Reserven sein.

Im zweiten Diagramm seht Ihr den Abschnitt zwischen 20:00 und 23:59. An diesem Tag ging der Mond schon bei Sonnenschein auf und kurz nach Sonnengang unter, Der Mond stand ziemlich genau zwichen Neu- und Vollmond (also die Hälfte war zu sehen). Wie Ihr im Diagramm seht, ist der Monduntergang hier zu erkennen. Im Internet habe ich gelesen, dass der Vollmond ca 0,25 Lux entspricht, die Schaltung ist also deutlich empfindlicher.

Die Schaltung kann selbstverständlich nicht nur an einen AVR-Net-IO anscgeschlossen werden, sondern überall dort wo 4 Ausgänge 0/5V und ein analog Eingang 0-5V enthalten ist (auch z.B. 1-Wire).

Wenn Interesse besteht, könnte ich eine kleine Platine ca. 5x5cm entwerfen und herstellen lassen.

Jetzt bin ich auf Euer Feedback gespannt :slight_smile:

Grüße Andreas

helldiag1.jpg
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helldiag2.jpg
helldiag2.jpg778×561 43.1 KB

hellscha.jpg
hellscha.jpg838×517 38.2 KB

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Hallo Andreas,

das gefällt mir sehr gut. Ist auch viel genauer als meine extrem einfache Methode mit der Solarzelle. Gerade im Dämmerungsbereich und beim Sonnenaufgang finde ich das super.

Gruss
Icey

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Sag mal Andreas,

welche Information willst du mit der Schaltung gewinnen? Den Mondverlauf loggen?
Die Ausschläge auf deinem zweiten Diagramm sind Nachts doch schon erheblich. Mir kommt es so vor als ob die Schaltung auf jede Art von Fremdlicht sehr empfindlich ist.

Noch eine Frage, wenn du so eine hohe Verstärkung hast, wird der ADWandler nicht bei Sonnenschein hoffnungslos übersteuert? Welche Werte hast du bei Sonnenschein tagsüber?

Grüße
Andrge

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Nee,
ich finde die Schaltung auch gut.

Die Verstärkung regelt er ja, je nach Eingangssignal.

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@icey: Genau deshalb habe ich mir diese Lösung einfallen lassen, meine Solarzelle zeigt gerade im Berecih Sonenauf/Untergang keine tollen Ergebnisse.

Als Information, möchte ich doch schon die aktuelle Helligkeit gewinnen und zwar genauer als mit der „Sonnarzellen-Lösung“, die doch gerade in den sensiblen Bereichen (Dämmerung) sehr ungenau misst.

Der Mondverlauf steht in der Prio-Liste sicher nicht ganz oben, ich war eher erstaunt wie sensibel die Elektronik wird. Meine Rolläden möchte ich ja nicht nach dem Mond, sondern nach der Sonne steuern.

Wenn das Fremdlicht heller ist, als z.B. der gerade untergehende Mond, dann dürfen die Ausschläge da sein. Licht ist Licht, ob Fremdlicht oder Mondlicht (wobei ja Mondlich auch Fremdlicht ist) … Ich vermute, dass diese 4 oder 5 Ausschäge auf dem 2. Diagramm von vorbeifahrenden Autos stammen. Den Sensor hatte ich bei dem Versuch durch das Dachfenster (Straßenseite) gesteckt.

Da der uC die Verstärkung selbst regelt (im Bereich von 1-100000) habe ich tagsüber kein Übersteuern, der uC regelt die verstärkung über die 4 Eingänge der Digitalschalter. Der uC meldet dann den Eingang vom AD-Wandler und die Verstärkung an IPS.

Der Maximalwert im Diagramm liegt ja irgendwo bei 2500000, der maximale Wert den die Schaltung liefern kann bei 10000000. Also ca 25% bei Sonnenschein im Oktober, das sollte auch im Sommer keinen 100% Ausschlag liefern. Falls doch, müsste ich die Widerstände neu dimensionieren.

Grüße Andreas

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Nachdem ich ein bisschen auf die geätzte Platine habe warten müssen, ist nun heute der erste Prototyp mit einem AVR-Net-IO entstanden :smiley:

Dank meinem Freund, der die Platine geätzt hat, funktionierte die Schaltung sofort - er hat super mitgedacht und eine fehlende Leitung vor dem ätzen ergänzt :o

Bin mal gespannt, wie sich das „Rauschen“ nachts verhält, sollte deutlich geringer werden als auf dem Steckbrett und die Photodiode an 50cm Kabel :cool: Diagramme kann ich dann die nächsten Tage nachliefern.

Grüße Andreas

HellProto.jpg
HellProto.jpg973×555 82.3 KB

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Hallo

wäre auch interessiert daran

Welche Werte haben den die Widerstände?

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um fremdlichteinwirkung zu vermeiden, könnte man den sensor in einen senkrechten tubus(dn100) setzen, der gerade so hoch ist, dass kein seitliches streulicht einfällt aber noch genug tageslicht (zb dn100 höhe 3-5cm)

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Hallo sn00py

Anbei die Stückliste.

Wenn Du noch Fragen hast … immer her damit :smiley:

Grüße Andreas

Stückliste.txt (1.88 KB)

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Also ich finde das mit dem Fremdlicht garnicht sooo schlimm … Ich lasse von IPS einen 5min Durchschnittswert errechnen und gut ist :smiley:

Grüße Andreas

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Danke, eine hätte ich noch, könntest du gleich die Eagle Datei auch mitgeben,m habe gesehen, du hast es mit Eagle gemacht, und ich werde mir noch ein paar andere Platinen machen lassen, und dann diese auch gleich mitmachne lassen …

besten dank schon mal im vorhinein

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Hi, gar kein Problem :smiley:

HellSens.zip (30.1 KB)

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Hallo, wie ich sehe erfinde ich gerade das Rad neu :-), ich baue gerade eine ähnliche Schaltung.

Wo hast du den geklaut :-), vielleicht kann ich da auch noch was finden.

Schöne Grüße
Thomas

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Hallo,

ich beschäftige mich ja gerade auch damit, im mikrocontroller Forum gab es dazu einen Tipp mit einen Spannungsteiler, damit hab ich schon einen Virtuellen Widerstand von 250 MOhm realisiert
hier mal der Link wie das funktioniert:
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets_obsolete/1719751AD515A.pdf
Figure 13

Schöne Grüße
Thomas