t³:使用LED作为光传感器

这是一个众所周知的技巧,我们可以反过来使用led。我们将探讨如何将它们用作Arduino的光电探测器,并创建一个简单的演示来响应手刷。

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使用LED作为光探测器并不是什么新鲜事这篇2007年的电子设计文章)。然而,这似乎是一个很酷的把戏,值得更多的爱,因为它可以用一个Arduino和一个LED来实现。我将简要回顾一下其中涉及的科学,然后给出几个例子。必威娱乐登录平台

科学

发光二极管(LEDs)是通过连接而制成的n型p型 半导体材料。要创建这些不同的类型,杂质被添加到半导体的晶体结构中的过程称为兴奋剂.n型半导体中含有杂质,导致结构中电子过剩。p型兴奋剂,另一方面,导致电子的缺乏,被称为.

思考是指晶格原子中没有电子。孔可以在晶格上自由移动,因此可以作为一个正电荷载体。

这两种类型连接的区域称为aPN结.当我们在PN结上施加足够的电压时(正向偏压——意味着P区的电位高于N区)。来自n区的电子向p区移动,孔从p区移动到n区。当电子和空穴相遇时,它们抵消并释放一些能量。

基本二极管(例如那些由硅制成的),能量以热的形式释放。在发光二极管,使用不同的半导体和掺杂材料(例如亚磷酸砷化镓),能量以以下形式释放光子(即。光)。

LED如何工作

当我们逆转这个过程时,乐趣就开始了。如果我们对PN结施加反向偏置(即n区的电位高于p区)。空穴和电子相互远离,创建一个更大的耗尽区没有电子或空穴敢冒险的地方。

然而,如果一个杂散光子击中耗尽区,光子可以把它的能量给晶格中的电子,这使得电子从原子中脱离,自由地在晶格中漫游。这个过程也会在晶格中留下一个洞。

在正常情况下,电子-空穴对会重新结合,但是反向偏压产生的电场把它们分开。这个洞被N区吸引,电子被p区吸引。一旦他们到达各自的地区,它们与它们的反义词结合或抵消。电荷的移动也被称为“电流”。

所以,当光到达PN结时,产生微小的电流。

LED作为光传感器

测量光

测量光照射到LED上产生的微小电流是极其困难的,特别是用单片机。然而,我们仍然可以知道有多少光落在LED上。

请看科学部分的第二张图。p区和n区本质上是带有电荷的平板,中间有绝缘体隔开。这听起来像另一个电子元件吗?如果你猜到“电容器”,祝贺你自己。

我们可以通过施加反向电压使LED像电容器一样工作。这将为这些微小的薄片(以P区和n区半导体的形式)充电。如果我们去掉电压,(理论上)电荷应该保持不变。然而,如果光落在PN结上,电子-空穴对会形成,然后移动到另一边,与其他空穴和电子抵消。这个过程中,实际上,减少LED代理电容器中的总电荷。

我们可以用单片机来测量LED完全放电所需的时间。如果更多的光落在LED上,它会很快放电。在黑暗中,它放电很慢。

测量LED放电时间

在实践中

正如视频所示,我们可以感觉到led上面的物体。在这种情况下,我们只是测量落在黄色LED上的光的数量,以确定点亮红色LED的程度。

为了了解如何使用Arduino和LED感知光线,看见本项目教程必威娱乐登录平台.请注意,我们将LED直接放入Arduino的引脚中。我最初试着把它连接到Arduino的面包板上,但是电线和面包板上的电感和电容使读数大幅度下降。这意味着输入LED需要非常接近微控制器的管脚才能工作。

如果你想更大胆地使用多个led,退房阴影滑动项目教程必威娱乐登录平台.本教程演示如何使项目显示在视频中。必威娱乐登录平台

想变得更先进吗?这是一个演示显示用作多点触控输入的LED阵列。

虽然我们通常不认为led被用作输入(老实说,有更好的传感元件,它们可能是有用的。你能想出什必威娱乐登录平台么样的项目,将LED同时用作发光体和光探测器?


评论16条评论

  • 博士 / 大约3年前* /

    让LED既感知光线又发射光线的诀窍,只使用数码输入/输出引脚,来自三菱电机研究实验室(MERL)最初发表在这篇论文在2003年。随附的视频是在这里.

    这不是用LED探测光的最灵敏的方法;你可能需要一个瞬态放大器。然而,当然是最便宜的。

    在家里尝试有趣的实验:将两个led平行地连接起来。阴极,阴极,阳极阳极)。将一个LED灯置于强光下,另一个LED灯靠近眼睛,不透光的。你看到什么了?

    • 那个视频绝对很有趣。最后的纸牌大战很有趣:)

      我要冒个险,我猜你应该能看到靠近眼睛的LED灯发出的光。这让我想起了将电机连接在一起,然后手动旋转其中一个,使另一个旋转。

  • 您也可以查看这个555定时器IC视频- https://www.youtube.com/watch?

  • 就其价值而言,所有半导体二极管是“发光的”。只是“普通”二极管发射光子,在0.3到0.7eV时,在“远红外”(或“热红外”)范围内,另外,它们通常被放入不透明的包中。

    当芯片还在晶圆片中时进行测试,它们必须避光,因为设备上的几乎所有设备都将充当“光传感器”。

    也,我想我在ED文章之前就听说过这个用法。我回想起几年前我发现的最早的参考文献(当我研究它的时候)中的一个建议:这个一个二极管制造商,这表明,在遥控器上,用来照亮按钮的LED也可以用来测量周围的光线,以确定LED应该有多亮。

    • 我记得一个非常古老的项目,Tandy Col必威娱乐登录平台or电脑做了一个“相机”,在那里他们得到了“decapped”dram芯片的供应。将图像聚焦到曝光的模具上,写下所有的位和时间衰减,它会根据光的强度而变化。

      有点蹩脚,因为钻头阵列有一些间隙,因为它不是为那种用途而设计的。但这是一款比任何消费产品都早几年的“数码相机”。

      • 听起来有点像CCD的工作原理。

      • 另一个来自大众电必威娱乐登录平台子学年鉴的项目是1975年2月的独眼巨人相机,虽然不是为了可可。它生成x/y/z来驱动作用域。巨大的32x32像素。

    • 很高兴知道,谢谢!

      我认为使用LED作为传感器的时间要早于2007年。ED这篇文章是我用谷歌快速搜索所能找到的最古老的参考文献。我相信通过更多的挖掘,我们可以找到一些80年代或90年代的白皮书:)

      • 我记得Forrest Mims在70年代的流行电子杂志上写过这方面的文章……他有一个项目,使用必威娱乐登录平台一个LED来传输和接收音频。当贝尔实验室偷了他的创意后,他们甚至起诉了贝尔实验室。

  • 使用led进行光探测的另一件事是它们对光谱的特定部分很敏感。也就是说,当它们作为光源时,它们对自己发出的颜色最敏感。这使得它们可以用作多光谱设备中的传感器。

    Forrest Mims(一个活生生的传说,对我们这个年龄段的人来说是一种鼓舞)利用这种特性制造传感器来研究不同波长的大气光水平,并研究诸如长期以来天空中的颗粒物含量等问题。

    http://makezine.com/必威娱乐登录平台projects/make-36-boards/how-to-use-leds-to-detect-light

  • 我想我看到了一个使用这个的概念。有一家公司想用耐用的太阳能板铺路。一个潜在的附加功能是检测道路上的障碍物(如鹿),并使用LED来提醒驾驶员在盲区附近。LED可作为传感器和驱动指示灯。

    • 我想我记得。有这段YouTube视频.考虑到他们禁用了评论,你不能查看喜欢vs。不喜欢,这让我有点怀疑:)道路上可重新配置的LED会很酷,虽然。

      • 但似乎使用其他便宜的光传感器会更简单。

        • 可能是简单的,但是如果你能把几个函数复形到一个分量上,这就减少了您必须购买的组件,并有助于降低整个项目的物料清单成本。必威娱乐登录平台

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