إذا كنت قد تساءلت يومًا عن كيفية قياس مستوى الضوء بكفاءة في بيئة باستخدام Arduino، فأنت في المكان الصحيح. في هذه المقالة، سنشرح خطوة بخطوة كيفية القيام بذلك باستخدام المقاوم الضوئي LDR، المعروف أيضًا باسم المقاوم الضوئي. هذه العجائب التكنولوجية الصغيرة عبارة عن مكونات إلكترونية قادرة على تغيير مقاومتها اعتمادًا على كمية الضوء التي تتلقاها، مما يفتح إمكانيات لا نهاية لها للمشاريع الإلكترونية والأتمتة.
تطبيقات مستشعر الضوء مع Arduino كثيرة: من أنظمة الإضاءة الأوتوماتيكية إلى الروبوتات التي توجه نفسها بناءً على الضوء. وأفضل ما في الأمر أنه مكون ميسور التكلفة وسهل الاستخدام. سنقدم لك هنا جميع المعلومات الضرورية حتى تتمكن من إنشاء نظام قياس الضوء الخاص بك باستخدام Arduino والاستفادة من إمكاناته الكاملة.
ما هو LDR وكيف يعمل؟
ل LDR (المقاوم المعتمد على الضوء) وهي مقاومة يختلف مقدارها باختلاف كمية الضوء الساقط عليها. وفي الظروف المظلمة تكون المقاومة عالية جداً وتصل إلى قيم تصل إلى 1 ميغا أوم. على العكس من ذلك، عندما يتلقى LDR ضوءًا وفيرًا، تنخفض المقاومة بشكل كبير، حيث تصل إلى قيم تتراوح بين 50 إلى 100 أوم تحت الضوء الشديد.
ويستند عملها على مبدأ الموصلية للمواد شبه الموصلة. عند استقبال الضوء، تقوم الفوتونات بتنشيط الإلكترونات الموجودة في المادة، مما يسهل تدفق التيار وبالتالي تقليل المقاومة. يعد هذا النوع من أجهزة الاستشعار مفيدًا جدًا للتطبيقات التي تتطلب قياسًا نسبيًا للضوء في البيئة.
مميزات ال دي ار
يحظى هذا المكون بشعبية كبيرة بسبب تكلفته المنخفضة وسهولة استخدامه. تتراوح قيم المقاومة النموذجية من 1 ميغا أوم في الظلام الدامس وتصل إلى 50-100 أوم في الضوء الساطع. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنها ليست المستشعرات الأكثر دقة إذا كنت تريد قياس الإضاءة بدقة (الضوء بوحدة لوكس)، حيث يمكن أن تتأثر بعوامل مثل درجة الحرارة.
تباين المقاومة بطيء جدًا، ويستغرق ما بين 20 إلى 100 مللي ثانية حسب الطراز. وهذا يعني أنها غير مناسبة لاكتشاف التغيرات السريعة في الضوء، مثل تلك التي يتم إنتاجها تحت الأضواء التي تعمل بالتيار المتردد، ولكنها توفر استقرارًا ممتازًا في ظروف الإضاءة الأكثر ثباتًا.
في حين تعتبر LDRs أكثر ملاءمة لقياس اتجاهات الضوء لتوفير بيانات دقيقة، فإن تكلفتها المنخفضة وسهولة تكاملها مع لوحات Arduino تجعلها مستشعرًا مثاليًا لمشاريع DIY.
مخطط الدائرة والاتصال
لكي يتمكن الاردوينو من قياس تغير المقاومة في LDR، من الضروري تركيب المستشعر على ما يعرف بـ مقسم الفولت. هذه دائرة بسيطة جدًا تتكون من LDR ومقاومة ثابتة متصلة على التوالي. يتم وضع LDR بين جهد الدخل (على سبيل المثال 5V على اللوحة Arduino Uno) ودبوس الإدخال التناظري، ويتم توصيل المقاوم الثابت بين الدبوس والأرضي (GND).
عادة ما تكون قيمة المقاومة الثابتة 10 كيلو أوم، على الرغم من أنها يمكن أن تختلف حسب الحساسية التي تريد تحقيقها في قياسك.
أمثلة على التجميع والتعليمات البرمجية
لبناء نظام أساسي باستخدام Arduino وLDR، أول شيء يجب عليك فعله هو توصيل العناصر التالية:
- أحد طرفي LDR إلى مصدر 5V.
- الطرف الآخر من LDR إلى الدخل التناظري (A0، على سبيل المثال) وفي نفس الوقت إلى المقاوم الثابت الذي سيتم توصيله بالأرض.
مع هذا الإعداد يمكنك البدء في قراءة القيم التي يوفرها LDR من خلال الإدخال التناظري. الكود أدناه هو مثال أساسي لقراءة هذه القيم:
const int pinLDR = A0;
void setup() {
Serial.begin(9600); // Iniciar monitor serie}
void loop() {
int valorLDR = analogRead(pinLDR); // Leer valor de LDR
Serial.println(valorLDR); // Imprimir valor en monitor
delay(500);
}سيطبع هذا الرمز قيمًا بين 0 (أي عند عدم وجود ضوء) و1023 (الحد الأقصى للضوء المستلم). تتناسب هذه القيم مع الضوء الذي يراه LDR.
سلوك المقاومة كدالة للضوء
كما ذكرنا سابقًا، تقل مقاومة LDR كلما استقبل المزيد من الضوء. للحصول على أ قياس دقيق لكمية الضوء، أنت بحاجة إلى معرفة قيم مقاومة LDR الخاص بك في ظروف الإضاءة المختلفة.
في سلسلة GL55، على سبيل المثال، تتراوح القيم من 5 كيلو أوم إلى 200 كيلو أوم في وجود الضوء ومن 500 كيلو أوم إلى 10 ميجا أوم في الظروف المظلمة. قد تختلف هذه القيم من طراز إلى آخر، لذا يُنصح دائمًا بمراجعة ورقة بيانات الشركة المصنعة للمستشعر.
ومن الخصائص المثيرة للاهتمام في LDRs ذلك تكون حساسيته أعظم في جزء الضوء الأخضر من الطيف.، تقريبًا عند أطوال موجية تبلغ 540 نانومتر. وهذا يعني أن LDRs تستجيب بشكل أفضل للضوء الأخضر مقارنة بأجزاء أخرى من الطيف المرئي.
تطبيقات عملية
التطبيقات الممكنة لـ LDRs المتصلة بـ Arduino تكاد لا تنتهي. ومن بين أكثر هذه الأنظمة عملية أنظمة الإضاءة الأوتوماتيكية، حيث يمكن للدائرة تفعيل أو إلغاء تنشيط الأضواء حسب مستويات الإضاءة المكتشفة. كما أنها تستخدم ل الروبوتات التي تتبع الضوء وأنظمة التشغيل الآلي للمنزل.
يمكنك، على سبيل المثال، إنشاء نظام حيث عندما تنخفض مستويات الإضاءة، يضيء مؤشر LED للتعويض عن نقص الضوء. فيما يلي مثال بسيط للكود:
int LDRPin = A0; // Pin para la LDR
int LEDPin = 13; // Pin para el LED
int threshold = 500; // Umbral para encender el LED
void setup() {
pinMode(LEDPin, OUTPUT);
pinMode(LDRPin, INPUT);}
void loop() {
int valorLuz = analogRead(LDRPin);
if (valorLuz < threshold) {
digitalWrite(LEDPin, HIGH); // Enciende el LED
} else {
digitalWrite(LEDPin, LOW); // Apaga el LED
}
delay(100);}يقرأ هذا البرنامج الصغير قيمة LDR وإذا كان مستوى الضوء أقل من الحد المحدد، فإنه يقوم بتشغيل مؤشر LED. وإلا فإنه يطفئه. مثال سهل ولكنه عملي للغاية في مشاريع أتمتة الإضاءة.
القيود والاحتياطات
على الرغم من أن استخدام LDR مناسب جدًا في العديد من المشاريع، إلا أنه من المهم مراعاة بعض قيوده:
- إنها ليست دقيقة جدًا إذا كنت تريد قياس شدة الضوء بدقة باللوكس.
- قد يختلف سلوكها حسب درجة الحرارة.
- إنها تعمل بشكل أفضل لاكتشاف التغيرات الأكبر في الضوء وليس التغيرات السريعة.