ДАТЧИК МЕРЦАНИЯ

АННОТАЦИЯ

О пользе, которую приносят электронные устройства и осветительные приборы знают все, но есть и обратная сторона, которая влияет на наше здоровье. Для обнаружения и выявления проблем предлагается разработка простого датчика.

Ключевые слова: дом, освещение, мерцание, пульсации.

Появление искусственного освещения изменило человечество настолько, что невозможно представить жизнь без электричества и электрических осветительных приборов. Обратной стороной прогресса является негативное влияние излучения на самочувствие и здоровье людей. По данным исследований, проведенных в США и опубликованных министерством энергетики в 2013 году, осветительные приборы оказывают существенное негативное влияние на здоровье человека. В материалах исследований, посвященных влиянию мерцания на состояние человека отмечено, что низкая частота мерцания может вызвать эпилепсию, головные боли, размытие и ухудшение зрения, общую усталость.

Мерцающий свет вызывает так называемый стробоскопический эффект, который заключается в восприятии человеческим глазом движущегося объекта как неподвижного, создается зрительная иллюзия из-за вспышек света и быстро движущийся объект воспринимается как множество неподвижных объектов. Зафиксировать мерцание можно с помощью видеокамеры при высокой частоте съемки видеоизображения. Мерцанию подвержены не только осветительные приборы, но и телевизоры, экраны мониторов и т.д. Производители современных осветительных приборов как правило указывают мощность, цветовую температуру излучения, но практически никогда не указывают частоту мерцания.

Существует промышленное оборудование для измерения частоты пульсации и яркости излучения. Подобные приборы отличаются высокой стоимостью что делает их недоступными обычному потребителю.

В данной статье приведено описание простого прибора (датчик мерцания) для измерения яркости и пульсации света в видимом диапазоне излучения. Датчик, например, может использоваться в составе системы «умный дом» для обнаружения негативного мерцания электронных устройств и осветительных приборов в каждом отдельном помещении, при этом показания датчиков будут передаваться в базу данных системы управления «умного дома». Если частота мерцания в конкретном помещении превышает заданную норму по частоте и времени пребывания человека в этом помещении, на мобильный телефон придет уведомление о том, что в конкретном помещении, неблагоприятное освещение, которое может привести к негативным последствиям. Подобная система мониторинга освещения также сможет проводить самодиагностику и выявить в каком помещении и какой осветительный прибор оказывает негативное влияние. Если проблема мерцания в комнате происходит не из-за осветительных приборов, а к примеру, из-за телевизора, система порекомендует включать освещение во время просмотра телевизора.

Разработанный датчик состоит из следующих основных электронных компонентов: фоторезистора GL5528; микроконтроллера Atmega328.

Фоторезистор GL5528 (рисунок 1, 2) имеет следующие основные технические характеристики:

• Световое сопротивление при 10 люкс: 8-20 кОм
• Темновое сопротивление при 0 люкс: 1,0 МОм
• Пик максимальной чувствительности в спектре при t 25°C: 540 нм
• Допустимый диапазон рабочих температур: от -30 до +70 °C.

Рисунок 1. Общий вид фоторезистора

Рисунок 2. Габаритные размеры фоторезистора

Схема подключения фоторезистора к микроконтроллеру показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема подключения фоторезистора к микроконтроллеру

Принцип работы датчика мерцания заключается в быстром анализе изменения сопротивления фоторезистора, которое, в частности, меняется в зависимости от количества света, которое непосредственно попадает на чувствительный элемент датчик. Микроконтроллер Atmega 328 имеет в своем составе 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), с максимальной частотой преобразования 200 КГц что достаточно для фиксирования колебаний света, которые микроконтроллер будет считывать, как быстрые изменения величины тока на входе АЦП. При включении или выключении лампочки показания с фоторезистора будут меняться в пределах от 0 до 1024.

При проведении измерений важны не большие скачки значений освещенности, а небольшие изменения (колебания). При обнаружении небольших пульсаций, контроллер по интерфейсу UART передает результаты измерений в PC, где проводится анализ результатов измерения параметров освещенности. Алгоритм работы управляющей программы микроконтроллера представлен на рисунке 4.

Заключение

Разработанный датчик мерцания отличается простотой, малыми габаритами, низким энергопотреблением и может использоваться как в виде отдельного переносного устройства для контроля освещенности отдельных участков, так и в виде компонента более сложных систем, разрабатываемых в рамках реализации концепции «умный дом».

Рисунок 4. Блок-схема реализации алгоритма работы датчика

Список литературы:

1. Прокопенко В.С. Программирование микроконтроллеров ATMEL на языке C – СПб.: «КОРОНА-ВЕК», 2018. – 308 с.
2. Шустов М.А. ЦИФРОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА. Основы построения. СПб.: Наука и Техника, 2018. – 320 с.
3. Белов А.В. Разработка устройств на микроконтроллерах AVR – СПб.: Наука и Техника, 2014. – 528с.
4. Dimming LEDs with Phase-Cut Dimmers [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://www.slsindiana.com/wp-content/uploads/DOE%202013%20Dimming%20LED%20Lamps-mobile.pdf