E’ giorno o è notte? Valutiamo la luce con Arduino (parte 1)

La fotoresistenza in breve
La fotoresistenza è un trasduttore basato su di un materiale resistivo il quale varia il suo valore in funzione della luce che lo colpisce.
Ad esempio, se noi inseriamo una fotoresistenza in un partitore resistivo, possiamo fare delle valutazioni sulla luce che colpisce la fotoresistenza in base a come si comporta il nostro partitore.

Il partitore
Realizzeremo un semplice circuito che sarà alla base delle prossime esperienze e per l’esattezza realizzeremo un partitore del tipo

Leggere Una Fotoresistenza 01-Partitore Semplice

Il materiale di supporto lo potete trovare al seguente link.

Vcc per comodità la fissiamo in 5V. Questa scelta ci permetterà di leggere tutti i valori prodotti dal nostro partitore con un Arduino Uno senza rischiare di danneggiarlo.
R1 Per R1 non c’è un solo valore giusto, le considerazioni da fare sono molte ma, per il momento, partiamo da una considerazione cautelativa, se mettiamo R1 troppo piccola di valore la corrente massima che potrà passare in R2 potrebbe essere eccessiva e creare problemi. Per il momento fissiamo il valore di R1 in 470Ohm. Questa scelta ci garantisce che, anche in caso di corto circuito su R2 la corrente massima sarà
I = V/R -> I = 5V / 470Ohm -> ~ = 0,01A = 10 mA
R2 è una resistenza di qualsiasi valore compreso fra 0 e 100KOhm. Questi valori sono presi in maniera arbitraria per permettervi di provare il circuito.
Se a questo punto mettiamo un voltmetro (mutimetro) fra il TP1 e GND misureremo una tensione che è funzione del rapporto fra R1 e R2 ma, se noi lasciamo fissa la R1 (470Ohm) e proviamo ad inserire diversi valori di R2 vedremo che la tensione fra TP1 e GND cresce al crescere di R2 e diminuisce al diminuire di R2.

Leggiamo una fotoresistenza
Ora sostituiamo la R2 con una fotoresistenza per cui, il circuito che ne deriverà sarà il seguente

Leggere Una Fotoresistenza 01-Partitore Con Fotoresistenza

Se ora collegiamo il nostro volmetro al TP1 e variamo la luce che colpisce la nostra fotoresistenza vedremo variare la tensione al variare della luce che colpisce il trasduttore (sensore).

Alcune considerazioni:
L’andamento della luce e della tensione misurata
Come indicato nel datasheet il valore della resistenza è inversamente proporzionale alla quantità di luce che la colpisce ovvero, il valore della resistenza si riduce all’aumentare della luce. Questo comportamento fa si che, nel circuito precedente all’aumentare della luce la tensione fra TP1 e GND diminuisse.
Considerando che noi dobbiamo leggere questo valore tramite un microcontrollore può non essere un problema ma, siccome in linea generale le cose semplici tendono a creare meno problemi di quelle complicate, le cose potrebbero essere più semplici e lineari se la tensione fra TP1 e GND aumentasse all’aumentare della luce e, se noi misurassimo la tensione ai capi di una resistenza di valore noto per cui, vi suggerisco di passare dal circuito precedente a quello che segue

aLeggere Una Fotoresistenza 01-Partitore Con Fotoresistenza-r01

Questa circuitazione ci permette di avere una tensione fra TP1 e GND che aumenta all’aumentare della luce.
Il campo di tensione misurata
Se facciamo alcune misure risulta immediatamente chiaro come ad una esposizione diretta ad un sole intenso il valore della fotoresistenza è inferiore a 1000Ohm mentre, in una situazione di illuminazione domestica il suo valore tende ad essere superiore ai 5000Ohm. Il campo di valori di tensione che ne deriva in un partitore come il nostro con una R1 di 470Ohm va da circa 1,5V a circa 0,4V.

Vtp1 = (VCC / (R1 + U1)) * R1

Dovendo misurare la tensione con un ATMega328 o equivalente alimentato a 5V ovvero con il suo convertitore Analogico Digitale che misura in un campo di tensioni comprese fra circa 0V e circa 5V con una risoluzione di 1024 passi (10 bit), ne deriva che il i valori letti corrispondenti in count andranno da circa 81 a circa 306. Questo spazio di soli 214 passi è veramente ridotto rispetto ai 1024 (0-1023) passi a disposizione. Come possiamo migliorare la situazione?
Ipotiziamo di aumentare la R1 da 470Ohm a 1500Ohm, la tensione sul TP1 a questo punto andrebbe da circa 3V a circa 1,1 e i count andrebbero da circa 236 a circa 613 con un’escursione di circa 377 passi ovvero circa il 76% in più di estensione rispetto al caso precedente.
Per il momento consideriamo questo aumento di estensione nei valori letti come un vantaggio e dunque, da questo momento useremo una R1 di 1500Ohm.

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