Arduino Mega 2560 LESSON:26 光抵抗素子 PhotoCell

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概要

　74HC595 と8個の LEDと光抵抗素子を接続するレッスンです。

　完成図は以下のとおりです。

[[|380px||none|完成図]]

　PCB図は以下のようなものです。

[[|380px||none|PCB図]]

　3Dプレビュー図は以下のようなものです。

[[|380px||none|3Dプレビュー図]]

　コードは以下のようなものです。

//www.elegoo.com
//2016.12.9

int lightPin = 0;
int latchPin = 11;
int clockPin = 9;
int dataPin = 12;

int leds = 0;

void setup() 
{
  pinMode(latchPin, OUTPUT);
  pinMode(dataPin, OUTPUT);  
  pinMode(clockPin, OUTPUT);
}
void updateShiftRegister()
{
   digitalWrite(latchPin, LOW);
   shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, leds);
   digitalWrite(latchPin, HIGH);
}
void loop() 
{
  int reading  = analogRead(lightPin);
  int numLEDSLit = reading / 57;  //1023 / 9 / 2
  if (numLEDSLit > 8) numLEDSLit = 8;
  leds = 0;   // no LEDs lit to start
  for (int i = 0; i < numLEDSLit; i++)
  {
    leds = leds + (1 << i);  // sets the i'th bit
  }
  updateShiftRegister();
}

フォトセルの抵抗を \(R_{\mathrm{photo}}\) とすると、A0に加わる電圧は、

\[ V_{A0}=5\times\frac{1000}{R_{\mathrm{photo}}+1000} \]

となります。

フォトセル A0電圧  analogRead()
500Ω      3.33V   約682
1kΩ       2.50V   約512
5kΩ       0.83V   約170
10kΩ      0.45V   約93
50kΩ      0.098V  約20

LEDレベルメーターを残しながら、もっと具体的な電圧計的な表示をシリアルモニタで表示するなら以下のようになります。ただしAnalogピンが5Vちょうどを1024として受け取れていればの表示になりますので、誤差はあります。

int lightPin = A0;
int latchPin = 11;
int clockPin = 9;
int dataPin = 12;

byte leds = 0;

void setup()
{
  pinMode(latchPin, OUTPUT);
  pinMode(dataPin, OUTPUT);
  pinMode(clockPin, OUTPUT);

  Serial.begin(9600);
}

void updateShiftRegister()
{
  digitalWrite(latchPin, LOW);
  shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, leds);
  digitalWrite(latchPin, HIGH);
}

void loop()
{
  int reading = analogRead(lightPin);

  // A0の電圧を計算
  float voltage = reading * 5.0 / 1023.0;

  // 光抵抗の抵抗値を計算（下側の固定抵抗は1kΩ）
  float resistance = 0;

  if (reading > 0) {
    resistance = 1000.0 * (1023.0 - reading) / reading;
  }

  // LED表示
  int numLEDSLit = reading / 57;
  if (numLEDSLit > 8) numLEDSLit = 8;

  leds = 0;

  for (int i = 0; i < numLEDSLit; i++) {
    bitSet(leds, i);
  }

  updateShiftRegister();

  // シリアルモニタに数値を表示
  Serial.print("ADC: ");
  Serial.print(reading);

  Serial.print("  Voltage: ");
  Serial.print(voltage, 3);
  Serial.print(" V");

  Serial.print("  Photoresistor: ");

  if (reading == 0) {
    Serial.println("Over range");
  } else {
    Serial.print(resistance, 0);
    Serial.println(" ohm");
  }

  delay(500);
}

ADC値      LED点灯数
0～56      0個
57～113    1個
114～170   2個
171～227   3個
228～284   4個
285～341   5個
342～398   6個
399～455   7個
456～1023  8個

ADCの最大値は1023なので、測定範囲の約44.6%でLEDが全点灯する設計です。

これは比例計算です。

\[ \frac{V}{5}=\frac{\text{reading}}{1023} \]

両辺に5を掛けると、

\[ \boxed{V=\frac{\text{reading}\times5}{1023}} \]

となります。

例えば、今回の部屋の照明では reading = 328 でした。

\[ V=\frac{328\times5}{1023} \]

\[ \boxed{V\approx1.603\ \mathrm{V}} \]

つまり、ArduinoのA0端子には約1.60Vが加わっていたと推定できます。

　

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