СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №9/2015

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 50 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2015 Vdd = 2,7 … 3,5 В ADDR SEL Канал 0 Видимый и ИК Канал 1 Только ИК АЦП Выбор адреса Регистр управления Регистры АЦП Прерывания INT SCL SDA Двухпроводной последовательный интерфейс TSL2561 Цифровой измеритель-сигнализатор уровня освещённости Статья содержит описание принципа действия и схемы построения цифрового оптико-электронного устройства, позволяющего измерять уровень освещённости в общепринятых единицах – люксах (лк) – без какой-либо пользовательской калибровки. Помимо этого устройство обеспечивает возможность многоканальной сигнализации при переходе значения освещённости через задаваемые пользователем границы. Устройство может быть использовано в качестве измерителя уровня освещённости в жилых и производственных помещениях, на рабочих местах, при фото- и видеосъёмке, а также в качестве управляющего контроллера для автоматического управления системами освещения. Павел Редькин (г. Ульяновск) П РИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В основе построения устройства лежит использование специализиро- ванного оптико-электронного циф- рового датчика освещённости TSL2561, техническая информация о котором (datasheet) [1] доступна для загрузки с интернет-ресурса производителя [2]. Датчик TSL2561 интегрирует на кри- сталле два канала измерения интенсив- ности падающего излучения: канал 0 с откликом в широком участке спек- тра, включающем видимый и инфра- красный диапазоны, и канал 1 с откли- ком в более узком участке, включаю- щем только инфракрасный диапазон. В каждом канале имеется свой первич- ный оптический датчик – фотодиод с соответствующим спектром откли- ка. Сигналы от фотодиодов каждого канала оцифровываются с помощью встроенных модулей АЦП, преобразо- вание в которых запускается одновре- менно. Результаты АЦП в виде после- довательных 16-разрядных слов дан- ных могут быть выданы датчиком на внешнее устройство через последова- тельный интерфейс I 2 C. Выдача дан- ных осуществляется с двойной буфе- ризацией, чтобы гарантировать их целостность в случае, если запрос на чтение от внешнего устройства посту- пит до окончания текущего преобра- зования. Благодаря возможности про- граммного задания коэффициента уси- ления аналоговых сигналов на входах АЦП и программного выбора време- ни аналого-цифрового преобразова- ния динамический диапазон каждого из каналов датчика TSL2561 по входу составляет 1 … 1 000 000. Для повыше- ния помехоустойчивости датчик снаб- жён встроенным режекторным филь- тром пульсаций уровня освещённости с частотами модуляции 50/60 Гц. Функ- циональная схема TSL2561 изображе- на на рисунке 1. На рисунке 2 приведена частотная характеристика датчика TSL2561, пред- ставляющая собой зависимость норми- рованных откликов (выходных сигна- лов) фотодиодов обоих каналов датчи- ка от длины волны падающего света. Нормирование откликов произведе- но по максимально возможному зна- чению в канале 0, соответствующему длине волны около 650 нм. Величина уровня освещённости в люксах (лк) падающего на датчик TSL2561 света не выдаётся им непо- средственно, но может быть вычислена дополнительно по эмпирической фор- муле, использующей в качестве исход- ных данных значения с выходов АЦП обоих каналов датчика. Спектраль- ная чувствительность и соотношение коэффициентов усиления каналов подобраны производителем датчи- ка так, чтобы вычисление по указан- ной формуле в результате давало зна- чение освещённости, максимально адаптированное к спектру чувстви- тельности человеческого глаза. Вычис- ление уровня освещённости в люксах из исходных данных, поступающих от TSL2561, может быть возложено на управляющую программу микрокон- троллера (МК) или персонального компьютера (ПК), к которому предпо- лагается подключить датчик. Формула для вычисления приведена в техниче- ской информации [1]. Там же приво- дится и упрощённый алгоритмизиро- ванный вариант указанной формулы в виде готовой функции CalculateLux() на языке C. При использовании указан- ной формулы или функции для вычис- ления уровня освещённости в люксах никакой дополнительной калибровки устройства не требуется. Рис. 1. Функциональная схема датчика освещённости TSL2561 Рис. 2. Частотная характеристика датчика TSL2561