| Главная » Статьи » Swordfish |
Светодиоды в качестве кнопок. Видео!
Сегодня строительство из натуральных материалов - это всемирный тренд. Деревянные постройки отличаются прочностью, экологичностью и быстро возводятся. Наша компания vekovoi занимается строительством домов из простого и профилированного бруса, а также каркасных домов уже более 5 лет. За это время она заслужила доверие и уважение сотен клиентов по всей России.
Немного теории Известно, что светодиод, как и фотодиод, а также любой выпрямительный диод, с точки зрения физики есть ничто иное, как сплав двух полупроводников P-типа и N-типа и являются по своей сути одним и тем же - диодом. Материал N-типа имеет в избытке электроны, имеющие отрицательный заряд, а материал P-типа - так называемые дырки(по другому - нехватка электронов), имеющие положительный заряд. Таким образом, ток в проводнике возникает под воздействием движения дырок в материале P-типа и электронов в материале N-типа. Когда создают спай из двух этих материалов, то часть электронов из материала N-типа устремляется в сторону материала P-типа, компенсируя нехватку электронов в нем. Аналогично, принято так называть, дырки из материала P-типа устремляются в сторону материала N-типа, создавая баланс в нем. На переходе между двумя этими материалами образуется слой, в котором не преобладают ни электроны, ни дырки, исключая проводимость самого перехода. Эта область известна как область собственной проводимости или область I-типа. Эта область препятствует дальнейшей миграции дырок и электронов.
Чтобы получить ток через диод, нужно приложить разность потенциалов, которая увеличит приток электронов в область P и дырок в область N. Если приложить большое напряжение, то его хватит для пробоя слоя собственной проводимости. Но если же приложить незначительный потенциал, то это просто приложит к слою дополнительный заряд или электростатическое натяжение. Если воздействовать в данный момент светом на эту I-область, то это вызовет взаимодействие атомов внутри слоя. При этом электроны, взаимодействуя с фотонами (атомами света) и вызывая, таким образом, протекание тока, пропорционального интенсивности падающего света (фототок). Что нам это дает?
Для использования этого эффекта потребуется использовать небольшую уловку - поскольку фототок очень мал для того, чтобы быть детектированным АЦП PIC микроконтроллера, мы представим светодиод в качестве конденсатора. Таким образом, мы сместим диапазон измерений фототока в большую сторону, достаточную для обнаружения и измерения фототока. Смысл измерения будет заключаться в измерении степени заряда этого "конденсатора". Это потребует некоторых манипуляций со светодиодом, но это не страшно, я думаю. Для более быстрого разряда "конденсатора", мы подадим 0 на него и будем измерять напряжение на нем. На результат измерения будет влиять, помимо светового потока, также и тепловой шум и ток утечки светодиода. Результаты также варьируются от светодиода к светодиоду. Некоторые светодиоды лучше, некоторые - хуже. Красные - чувствительны практически ко всем цветам светового потока, синие - только к синему цвету. Белые - хуже всех, некоторые из них чувствительны только к УФ излучению. Естественно, прозрачный корпус светодиода даст лучшие результаты, чем цветной, который будет играть роль фильтра. Для использования в качестве кнопок гораздо удобнее применять светодиоды в SMD корпусах. Методика измерения фототока 1). Зажечь светодиод - это полностью разрядит "конденсатор". 2). Зарядим наш "конденсатор", подав на анод ноль, а на катод - единицу на короткое время. 3). Переводим анод в режим измерения (порт - как вход АЦП) и меряем напряжение на нем. Получаем исходное значение. которое понадобится нам в дальнейшем. 4). Ожидаем короткое время для определения реакции на свет. Чем больше это время, тем чувствительней детектор. Не стоит делать слишком длинным эту паузу, поскольку при очень высокой чувствительности светодиод начнет реагировать на посторонние шумы. 5). Снова измеряем напряжение и вычитаем его из исходного, полученного при первом измерении. В результате получим условное значение фототока в данный момент. Как это выглядит схемотехнически - анод светодиода подключаем к цифровому порту микроконтроллера, а катод к аналоговому. У меня получилось такая схема:
Программная реализация
Вот три программки, использующие данный эффект для разных применений: Первая программа - используем данный эффект для установки каких-то флагов
Code
Device = 18F4550 Clock = 20 //Частота микроконтроллера Include "ADC.bas" //Подключим библиотеку для работы с АЦП Config MCLRE = OFF //Отключим MCLRE (я не стал припаивать резистор на плату) Dim i, LightVal1, LightVal2, Raw1, Raw2, Raw3, Raw4 As Integer //Необходимые нам переменные //i - рабочая переменная для пищалки //Lightval1, LightVal2 - переменные, которые будут содержать значения фототока //Raw1, Raw2, Raw3, Raw4 - переменные для рассчета значения фототока Dim PressBit1, PressBit2 As Bit //Это переменные для демонстрации того, что //с помощью светодиодов можно устанавливать какие-то режимы или флаги //-----------------Подпрограмма опроса светодиодов-кнопок------------------------------ //сразу для двух светодиодов Sub ReadButton() Low(PORTE.0) //Катод - в ноль High (PORTC.1) //Анод - в единицу - зажгли светодиод Low(PORTE.1) //То же самое High (PORTC.2) //со вторым светодиодом DelayMS(1) //Небольшая задержка TRISE.0 = 1 //Переключаем в обратном направлении - Low (PORTC.1) //заряжаем "конденсатор" TRISE.1 = 1 //Так же со вторым Low (PORTC.2) //светодиодом Raw1 = ADC.Read(5) //Читаем исходные показания первого светодиода Raw3 = ADC.Read(6) //второго... DelayUS(1600) //Задержка для детекции фототока Raw2 = ADC.Read(5) //Читаем конечные показания первого светодиода Raw4 = ADC.Read(6) //второго... TRISE.0 = 0 //Сразу можно подготовить к следующему измерению TRISE.1 = 0 LightVal1 = Raw2 - Raw1 //Рассчитываем значения фототока для LightVal2 = Raw4 - Raw3 //каждого светодиода End Sub //-------Подпрограмма генерации звука для подтверждения "нажатия кнопки"---------- Sub Beep() For i = 1 To 400 High(PORTC.0) DelayUS(100) Low(PORTC.0) DelayUS(100) Next End Sub //-------------------Начало основной программы------------------------------------ //-----------------Инициализация переменных--------------------------------------- ADCON2 = %10000011 'Настроим АЦП для работы ADCON1 = %00001000 TRISE = 0 // Настроим порты на выход TRISC = 0 // Настроим порты на выход PORTC = 0 // Выключим светодиоды для начала PressBit1 = 0 // Сбросим наши флаги PressBit2 = 0 i = 0 // Очистим переменную счетчика Main: ReadButton() //Проверка "нажатия кнопок" (загораживания света перед светодиодом) If LightVal1 >= 115 Then //Если обнаружено значительное изменение интенсивности //света {Это значение подобрано экспериментально. оно варьируется в зависимости от условий и от светодиода к светодиоду} If PressBit1 = 1 Then PressBit1 = 0 //то переключаем наш первый экспериментальный бит Else PressBit1 = 1 EndIf Beep() EndIf //------------то же самое для второго светодиода---------------------------- If LightVal2 >= 115 Then If PressBit2 = 1 Then PressBit2 = 0 Else PressBit2 = 1 EndIf Beep() EndIf //---------------А здесь мы индицируем состояние соответствующего бита------- //Естественно это может быть индикацией какого-нибудь запущенного или //остановленного процесса If PressBit1 = 1 Then //Если было определено "нажатие", то High(PORTC.1) //Зажигаем тот светодиод, который был "нажат" Else Low(PORTC.1) //Гасим тот светодиод, который был "нажат" EndIf //То же самое и для второго светодиода If PressBit2 = 1 Then High(PORTC.2) Else Low(PORTC.2) EndIf DelayMS(130) //Задержка для того, чтобы можно было видеть результат //если ее не будет - не будет видно - зажжен светодиод или нет GoTo Main //Начинаем программу сначала Вторая программка - использование данного эффекта для изменения какого-то абстрактного параметра Code
Device = 18F4550 Clock = 20 //Частота микроконтроллера //Подключим ЖКИ к PORTD #option LCD_DATA = PORTD.4 #option LCD_RS = PORTD.0 #option LCD_EN = PORTD.1 Include "ADC.bas" //Подключим библиотеку для работы с АЦП Include "lcd.bas" //Подключим библиотеку для работы с ЖКИ Include "convert.bas" //Подключим библиотеку преобразований Config MCLRE = OFF //Отключим MCLRE (я не стал припаивать резистор на плату) Dim i, j, LightVal1, LightVal2, Raw1, Raw2, Raw3, Raw4 As Integer //Необходимые нам переменные //i - рабочая переменная для пищалки //j - переменная для управления каким-то абстрактным параметром //Lightval1, LightVal2 - переменные, которые будут содержать значения фототока //Raw1, Raw2, Raw3, Raw4 - переменные для рассчета значения фототока Dim PressBit1, PressBit2 As Bit //Это переменные для демонстрации того, что //с помощью светодиодов можно устанавливать какие-то режимы или флаги //-----------------Подпрограмма опроса светодиодов-кнопок------------------------------ //сразу для двух светодиодов Sub ReadButton() Low(PORTE.0) //Катод - в ноль High (PORTC.1) //Анод - в единицу - зажгли светодиод Low(PORTE.1) //То же самое High (PORTC.2) //со вторым светодиодом DelayMS(1) //Небольшая задержка TRISE.0 = 1 //Переключаем в обратном направлении - Low (PORTC.1) //заряжаем "конденсатор" TRISE.1 = 1 //Так же со вторым Low (PORTC.2) //светодиодом Raw1 = ADC.Read(5) //Читаем исходные показания первого светодиода Raw3 = ADC.Read(6) //второго... DelayUS(1600) //Задержка для детекции фототока Raw2 = ADC.Read(5) //Читаем конечные показания первого светодиода Raw4 = ADC.Read(6) //второго... TRISE.0 = 0 //Сразу можно подготовить к следующему измерению TRISE.1 = 0 LightVal1 = Raw2 - Raw1 //Рассчитываем значения фототока для LightVal2 = Raw4 - Raw3 //каждого светодиода End Sub //-------Подпрограмма генерации звука для подтверждения "нажатия кнопки"---------- Sub Beep() For i = 1 To 400 High(PORTC.0) DelayUS(100) Low(PORTC.0) DelayUS(100) Next End Sub //-------------------Начало основной программы------------------------------------ //-----------------Инициализация переменных--------------------------------------- ADCON2 = %10000011 // Настроим АЦП для работы ADCON1 = %00001000 TRISE = 0 // Настроим порты на выход TRISC = 0 // Настроим порты на выход PORTC = 0 // Выключим светодиоды для начала PressBit1 = 0 // Сбросим наши флаги PressBit2 = 0 i = 0 // Очистим переменную счетчика Main: ReadButton() //Проверим "нажатие кнопок" //Если был перекрыт свет перед первым светодиодом If LightVal1 >= 100 Then Beep() //то пищим для звукового подтверждения Inc(j) //и инкрементируем параметр EndIf //То же самое и со вторым If LightVal2 >= 100 Then Beep() //то пищим для звукового подтверждения Dec(j) //и инкрементируем параметр EndIf WriteAt (1,1, DecToStr(j)," " ) //Отобразим параметр DelayMS(60) //Задержка для того, чтобы параметр //менялся не слишком быстро GoTo Main //Начнем сначала
Третья программа - передача на компьютер по USB условных значений фототоков обоих светодиодов Code
Device = 18F4550 Clock = 48 // Внешний кварц - на 20 МГц, внутренний - 48 МГц (FS USB) #option LCD_DATA = PORTD.4 #option LCD_RS = PORTD.0 #option LCD_EN = PORTD.1 Config PLLDIV = 5, CPUDIV = OSC1_PLL2, USBDIV = 2, FOSC = HSPLL_HS, VREGEN = ON, MCLRE = OFF #option USB_DESCRIPTOR = "USBProjectDesc.bas" Include "usbhid.bas" // Импорт модуля для работы с HID Include "ADC.bas" //Подключим библиотеку для работы с АЦП Include "lcd.bas" //Подключим библиотеку для работы с ЖКИ Include "convert.bas" //Подключим библиотеку преобразований Dim Buffer(32) As Byte //Массив байт для отправки данных по шине USB Dim LightVal1, LightVal2, Raw1, Raw2, Raw3, Raw4 As Integer //Необходимые нам переменные //Lightval1, LightVal2 - переменные, которые будут содержать значения фототока //Raw1, Raw2, Raw3, Raw4 - переменные для рассчета значения фототока //Подпрограмма детекции "нажатия первой кнопки" Sub ReadButton1() Low(PORTE.0) //Катод - в ноль High (PORTC.1) //Анод - в единицу - зажгли светодиод DelayMS(2) //Небольшая задержка TRISE.0 = 1 //Переключаем в обратном направлении - Low (PORTC.1) //заряжаем "конденсатор" Raw1 = ADC.Read(5) //Читаем исходные показания первого светодиода DelayMS(3) //Задержка для детекции фототока Raw2 = ADC.Read(5) //Читаем конечные показания первого светодиода TRISE.0 = 0 //Сразу можно подготовить к следующему измерению LightVal1 = Raw2 - Raw1 //Рассчитываем значения фототока End Sub //Чтение фототока второго светодиода Sub ReadButton2() Low(PORTE.1) High (PORTC.2) DelayMS(2) TRISE.1 = 1 Low (PORTC.2) Raw3 = ADC.Read(6) DelayMS(3) Raw4 = ADC.Read(6) TRISE.1 = 0 LightVal2 = Raw4 - Raw3 End Sub //-------------------Начало основной программы------------------------------------ //-----------------Инициализация переменных--------------------------------------- ADCON2 = %10000011 //Настроим АЦП для работы ADCON1 = %00001000 TRISE = 0 // Настроим порты на выход TRISC = 0 // Настроим порты на выход PORTC = 0 // Выключим светодиоды для начала // Подключаемся к шине USB WriteAt (1,1, "Connection" ) //Отображаем текущий процесс на ЖКИ DelayMS(1000) //Задержка для отображения Repeat Service //Ожидаем подключения со стороны компьютера Until Attached LCD.Cls //Очистим ЖКИ после подключения WriteAt (1,1, "Connection OK" ) //И оповестим пользователя об этом DelayMS(1000) //Задержка для отображения LCD.Cls //Очистим дисплей //Начнем основной цикл программы While true ReadButton1() //Считаем первую "кнопку" ReadButton2() //Считаем вторую "кнопку" Buffer(0) = LightVal1 //Загрузим текущие значения фототока Buffer(1) = LightVal2 //в первые два байта массива для отправки по USB WriteArray(Buffer,2) //Отправим данные WriteAt (1,1,"LED1 - ", DecToStr(LightVal1)," ") //Отобразим их одновременно и WriteAt (2,1,"LED2 - ", DecToStr(LightVal2)," ") //на индикаторе DelayMS(200) //Задержка для отображения Service //Процедура обслуживания шины Wend Вы можете посмотреть на видео, что из этого получилось. Естественно, все это применимо и к Picbasic PRO и Proton+. Изучайте, комментируйте, задавайте вопросы. Похожие материалы: USB HID + Visual Basic 6, Работа с USB HID устройствами в среде PureBasic, Проектирование usb вольтметра в Proton IDE, USB HID термометр, usb easy hid для Proton+, Микроконтроллеры Microchip с аппаратной поддержкой USB, Прибор по физике для измерения механической силы воздействия света Скачать программу-терминал для приема данных с исходниками можно здесь Статья написана по материалам сайтов http://www.protonbasic.co.uk/ и http://www.thebox.myzen.co.uk | |||
| Просмотров: 17697 | Комментарии: 13 | | | |||
| Всего комментариев: 13 | ||||||||||
| ||||||||||
0
Бум разбиратся!