LED als Sensor und Anzeige

[Jimmybot]

Hallo Roboternetz-Gemeinde!

Da mir in diesem Thread geholfen wurde und darauß eine kleine Diskusion entstanden ist, wie man die LED als Sensor und sowohl auch als Anzeige nutzen kann, möchte ich euch an meinen Erkennnissen teil haben.
Da dort das Eigentliche Thema erledigt ist (das Problem mit dem "Multimeter-Pulldown"), fange ich hier ein neues an.

Ziel ist es, dass man eine LED als Anzeige und als Sensor benutzen kann.
- Erster Schritt: eine einzelne LED benutzen.
- Zweiter Schritt: in einer Matrixschaltung von 3x3 LEDs
- Dritter Schritt: mal schauen wie größ man bauen kann.

Den ersten Schritt habe ich zu 90% geschafft und dabei viel Wissen gesammelt.
Dabei habe ich festgestell, dass man eine "normale" LED man nicht nutzten kann, da die Kapazität der LED einem beim umschalten vom Leuchtbetrieb zum Sensorbetrieb die Messung verfälscht.
Die LED über an Transistor gegen Masse zu schalten und zu entladen hatte nicht funktioniert.

Ich habe aber festgestellt, dass zwei getrennte LEDs problemlos funktionieren. Eine als Sensor und eine als Anzeige. War aber nicht Ziel des ganzen, doch zwei LEDs zu benutzen. War kurz davor das mini Projekt wegen nicht Umsetztbarkeit aufzugeben. Dann kam mir eine kleine Idee.

Die Kathoden der LEDs sind ja über GND miteinander verbunden. Also kann man doch eine Duo-LED mit gemeinsamer Kathode nutzen.
Für Testzwecken wollte ich mir keine 18Cent + Verandkosten aus geben und habe mir dann eben eine eigene Bastelt:


Dabei hat sich die Schaltung einwenig geändert:





Software angepasst und das Ganz läuft:

Helle Umgebung:


Dunkle Umgebung:



Was muss noch gemacht werden:
- Mit einer richtigen Duo-LED testen.
- Ein Zitterverhalten beim übergang von Hell zu Dunkel beseitigen.




PS:
warum dreht das Forum meine Bilder auf die Seite?

[oberallgeier]

.. wie man die LED als Sensor und sowohl auch als Anzeige nutzen kann, möchte ich euch an meinen Erkennnissen teil haben ..

Schöne Arbeit. Vermutlich kennst Du ja die ähnlichen Umsetzungen von mic/radbruch, der das hier (drittes Posting) erwähnt und ausführlich hier beschreibt. Gerade mit der LED-Matrix gibts ja hübsche Spielchen von ihm.

[Jimmybot]

Die Methode von radbruch kenne ich. Habe sogar damit meine erste Versuche gemacht. Ich wollte aber einen analogen Spannungswert haben und mir war diese Methode zu langsam. Der ADC vom Atmega8 scheint mir bis jetzt immer noch die schnellste Lösung zu sein.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Dabei habe ich festgestell, dass man eine "normale" LED man nicht nutzten kann, da die Kapazität der LED einem beim umschalten vom Leuchtbetrieb zum Sensorbetrieb die Messung verfälscht.

grundsätzlich geht das schon. Allerdings muss man dabei das Timing des MUX und des ADC synchronisieren.

Zudem macht es einen Unterschied ob man erst die Sensormessung macht und dann die LED einschaltet oder umgekehrt. Im ersteren Fall hat man die maximale Zeit um das C zu entladen.
Vergessen darf man dabei nicht, dass das Schalten des MUX Störungen erzeugt, da muss man zeitlich etwas Abstand halten, zwischen dem Umschalten und der Messung, sonst misst man nur die Störspitzen.

Ideal ist es, wenn man sich das auf einem Oszilloskop ansehen kann!

Meine ersten Versuche, das muss auch über 30 Jahre her sein, für einen MUX für 7-Seg Anzeigen hatte das Problem, das ein Glimmen auf dem nächsten Modul entstand.
Der Fehler war es, einfach die neuen Werte in die Ausgangsregister zu schreiben. Dabei lagen dann für etwa 2µs die alten Werte am nächsten Modul an. Das kann man recht gut sehen!

Also erst alle Segmente ausschalten, dann den MUX umschalten und dann die neuen Werte für die Segmente ausgeben. Dann ist es auch optisch sauber!

MfG Peter(TOO)

- - - Aktualisiert - - -

Fast vergessen:
Je nachdem wie das Timing ist, kann man verschiedene Korrekturwerte verwenden, je nach dem ob die LED eingeschaltet war oder nicht.

[Jimmybot]

Hallo,

grundsätzlich geht das schon. Allerdings muss man dabei das Timing des MUX und des ADC synchronisieren.

[...]

Ideal ist es, wenn man sich das auf einem Oszilloskop ansehen kann!

[...]

MfG Peter(TOO)

- - - Aktualisiert - - -

Aber ich wechsel ja nicht den ADC-Eingang. Daher denke ich, dass ich die Zeit bei wie lange das Wechseln des Mux dauert, hier vernachlässigen kann.

Aber ich werde mal bei gelegenheit einfach mal auf Arbeit mal mit dem Oszi dran gehen. Vielleicht ergibt sich da ein genaueres Bild, beim Wechsel von Leuchtbetrieb in Sensorbetrieb.

[Jimmybot]

So... Ich habe es mal geschaft mir ein paar Minuten auf der Arbeit zu nehmen und ein Oszilloskop an die eine LED anzuschließen.

Kanal 1 (gelb) Kathode der LED
Kanal 2 (blau) Spannung am ADCeingang

Spannungen bei unbeleuchtet:


Bei halb beleuchtet:


Volle Beleuchtung:


Verhält sich halt wie ein Kondensator.
Dabei muss erwähnt werden, dass wenn die LED im Leuchtbetrieb ist und die Kathode auf low geschaltet ist, dass der Collector vom Verstärkertransistor keine Spanung hat. Daher liegt zu diesem Zeitpunkt low am ADCeingang.

Was muss noch gemacht werden:
[...]
- Ein Zitterverhalten beim übergang von Hell zu Dunkel beseitigen.

Check... erledigt. Es werden jetzt 50 Messungen gemacht und daraus der Mittelwert gebildet. Dabei gehen halt ausreißer unter, die für das Zittern verantwortlich sind.

[Peter(TOO)]

Und wie genau sieht die Schaltung dazu aus?

[PICture]

Hallo!

- Ein Zitterverhalten beim übergang von Hell zu Dunkel beseitigen.

Das könnte man am einfachsten per Komparator mit Histerese machen (z.B. Schmitt Triger aus zwei Transistoren).

[Jimmybot]

Hallo!



Das könnte man am einfachsten per Komparator mit Histerese machen (z.B. Schmitt Triger aus zwei Transistoren).

Das einfachste übersieht man aber zu schnell Werde ich versuchen softwareseitig realisieren.

Peter(TOO)

Und wie genau sieht die Schaltung dazu aus?

Da mein Oszilloskop nur 1 Mohm Eingangswiderstand hat, habe ich die Schaltung über einen Impedanzwandler entkoppelt. Habe ich aber nicht mit gezeichnet, da man dafür die Schaltung im jedem Tabellenbuch findet.

Kurze Erklräung:
ADC-Eingang führt zum µC und dort wurde nach dem Impedanzwandler gemessen.
Beim Leuchten liegt an der Basis von T1 High und T2 Low an. Zudem wird die Kathode von der LED über den Controller auf Low geschaltet.
Beim Sensorbetrieb wird die Basis von T1 mit Low versorgt und Basis von T2 mit High. Zeitgleich liegt die Kathode auf High.

Kanal 1 (gelb) wurde an der Kathode gemessen und Kanal 2 (blau), wie oben erwähnt, am Pin vom ADC-Eingang des Controller

[Peter(TOO)]

Grundsätzlich ist das so ja kein Problem, du musst die Spannung nur kurz vor dem Einschalten messen.

Aber ich verstehe nicht, wie du mit diese Schaltung erweitern willst um multiplexen zu können?