Один вывод микроконтроллера измеряет уровень освещенности и управляет яркостью светодиода

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2017

Loren Passmore

EDN

Как и в предыдущей статье [1], ниже описывается схема, в которой светодиод используется одновременно как преобразователь для измерения уровня окружающей освещенности и как источник света. Здесь используется тот же принцип, но теперь схема состоит всего из одного светодиода, двух резисторов, одной микросхемы и одного блокировочного конденсатора емкостью 0.1 мкФ. Дополнительные компоненты для цепи обратной связи по освещенности в этой схеме не требуются. Несмотря на небольшое количество компонентов, схема на Рисунке 1 является достаточно гибкой и универсальной, благодаря программе микропроцессора, управляющей яркостью свечения светодиода и ее зависимостью от уровней внешней освещенности. В одном из режимов работы схемы, рассчитанном на приложения ночного освещения, светодиод включается при снижении уровня внешней освещенности. Второй режим, ориентированный на экономию энергии, расходуемой светодиодной подсветкой портативных устройств, наоборот, включает светодиод, когда уровень внешней освещенности увеличивается.

Рисунок 1.	Вся схема состоит из светодиода, микроконтроллера, двух резисторов и одного конденсатора.

В разделе «Загрузки» можно скачать пример программного кода для этой схемы, с помощью которого в любом режиме реализуется 64-уровневое ШИМ управление яркостью свечения светодиода. В процессе работы один из многофункциональных выводов микропроцессора в течение нескольких сотен миллисекунд регулирует ток светодиода с помощью сигнала ШИМ. Завершив генерацию ШИМ, программа переключает вывод микроконтроллера в режим ввода и подключает светодиод к входу внутреннего 16-битного сигма-дельта АЦП. Теперь под действием внешнего света светодиод начинает вырабатывать напряжение, величина которого измеряется АЦП и используется микропроцессором для вычисления параметров ШИМ для следующих циклов подсветки. Высокая частота чередования циклов измерения и подсветки исключает любое видимое глазом мерцание яркости.

Как видно из листинга, когда программа, основываясь на уровне внешней освещенности, принимает решение о выключении светодиода, центральный процессор на 250 мс переходит в режим пониженного энергопотребления. Во время спящего режима и в течение нескольких сотен микросекунд, пока выполняется преобразование в АЦП, схема потребляет незначительный ток порядка 20 мкА, что позволяет использовать ее в приложениях с батарейным питанием.

При запуске микропроцессор запоминает начальное значение напряжения на светодиоде и использует его для масштабирования уровней ШИМ. При затенении светодиода или при перемещении схемы в более темную область яркость светодиода немедленно начинает увеличиваться небольшими последовательными приращениями уровней 64-разрядной ШИМ. Входное сопротивление АЦП микроконтроллера MSP430F2013 равно примерно 200 кОм. При работе на такой импеданс напряжение, генерируемое светодиодом в небольшом корпусе SMD типоразмера 0805, составляет всего несколько десятков милливольт. Однако разрешения, с которым 16-битный АЦП микроконтроллера MSP430F2013 измеряет напряжение светодиода, достаточно для того, чтобы при нормальном освещении комнаты обеспечить хорошие характеристики схемы.

Кроме того, для увеличения уровня очень маленького выходного напряжения светодиода можно использовать интегрированный в MSP430F2013 усилитель с программируемым коэффициентом усиления, значение которого можно установить равным 1, 2, 4, 8, 16 или 32. Схема потребляет небольшую мощность, поскольку тактируется встроенным низкочастотным генератором микропроцессора без использования внешнего кварцевого резонатора. Полная схема состоит всего из шести компонентов, включая батарею.

Примечание:

Программный код может выполняться на демонстрационной плате eZ430 компании Texas Instruments без каких-либо аппаратных доработок, поскольку на плате имеется светодиод, подключенный к порту P1.0.

Ссылки

Материалы по теме

Загрузки