Preprost merilnik ambientne svetlobe · 2017. 11. 27. · Preprost merilnik ambientne svetlobe IV SIMPLE AMBIENT LIGHT SENSOR Key words: ambient light sensor, sensors , microchip,

Goran Varga

Preprost merilnik ambientne svetlobe

Diplomsko delo

Maribor, september 2012

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa


Študent: Goran Varga

Študijski program: Računalništvo in informacijske tehnologije

Mentor: doc. dr. Boris Cigale

Lektorica: Ana Matjašec, slovenistka

Maribor, september 2012


I


II

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju, doc. dr. Borisu

Cigaletu, za pomoč in vodenje pri

opravljanju diplomskega dela. Prav tako se

zahvaljujem kolegom iz Laboratorija za

sistemsko in programsko opremo.

Posebna zahvala gre staršem, ki so mi

omogočili študij.


III

PREPROST MERILNIK AMBIENTNE SVETLOBE

Ključne besede: Merilnik ambientne svetlobe, merilniki, mikrokrmilnik, svetlobni senzor,

ambientna svetloba

UDK: 681.532:621.38(043.2)

Povzetek

V diplomskem delu predstavimo razvoj preprostega merilnika ambientne svetlobe,

zasnovanega na integriranem vezju dsPIC30F5011. Naprava deluje tako, da

mikrokrmilnik najprej pridobi podatke s senzorja. Ti podatki se uporabijo pri izračunu

osvetlitve, merjeno v luksih. Osvetlitev se nato pošlje računalniku preko vodila USB. V

delu smo uspešno načrtovali in izdelali elektronsko vezje ter programsko opremo.

Dobljene rezultate smo primerjali s profesionalno napravo. Ugotovili smo, da obe napravi

vračata primerljive rezultate.


IV

SIMPLE AMBIENT LIGHT SENSOR

Key words: ambient light sensor, sensors , microchip, light sensor, ambient light

UDK: 681.532:621.38(043.2)

Abstract

The thesis presents the development of a simple ambienth light sensor, based on chip

dsPIC30F5011. First the microcontroller obtains data from the sensor. These information

are used to calculate exposure measured in lux Value is then sent to computer via USB

cable. In the present work we have successfully desinged electroninc circuit and software

for device. Results were compared with a professional device. We found that both devices

are returning comparable results.


V

KAZALO

KAZALO SLIK ................................................................................................................... VI

KAZALO TABEL .............................................................................................................. VII

UPORABLJENI SIMBOLI .............................................................................................. VIII

UPORABLJENE KRATICE ............................................................................................... IX

1. UVOD ............................................................................................................................ 1

2. SVETLOBA IN MERJENJE ......................................................................................... 3

2.1. SVETLOBA ........................................................................................................... 3

2.1.1. KAJ JE SVETLOBA? ...................................................................................... 3

2.1.2. AMBIENTNA SVETLOBA ............................................................................. 3

2.1.3. ZGODOVINA .................................................................................................... 4

2.2. MERILNIKI SVETLOBE ................................................................................... 6

2.3. RAZLIČNI PRISTOPI ......................................................................................... 8

2.3.1. SELENIJSKA CELICA ................................................................................... 8

2.3.2. CdS FOTOUPOR .............................................................................................. 9

2.3.3. SILICIJSKA FOTODIODA............................................................................. 9

3. ZASNOVA ELEMENTOV ......................................................................................... 10

3.1. SVETLOBNI SENZOR ...................................................................................... 10

3.2. MIKROKRMILNIK .......................................................................................... 13

3.3. POVEZAVA Z USB VODILOM ....................................................................... 14

4. PROGRAMSKA OPREMA ........................................................................................ 15

4.1. PROGRAM ZA RISANJE VEZIJ EAGLE ..................................................... 15

4.2. PROGRAMSKO ORODJE MPLAB ................................................................ 16

4.3. PROGRAM ZA KOMUNIKACIJO REALTERM ......................................... 17

5. REŠITVE IN IMPLEMENTACIJA ............................................................................ 18

5.1. IZDELAVA SHEME .......................................................................................... 18

5.2. IZDELAVA TISKANEGA VEZJA .................................................................. 20

5.3. PISANJE PROGRAMA ZA VEZJE ................................................................ 21

6. PREIZKUŠANJE IN DELOVANJE ........................................................................... 27

6.1. PREIZKUŠANJE VEZJA ................................................................................. 27

6.2. REZULTATI MERITEV ................................................................................... 29

7. SKLEP .......................................................................................................................... 31


VI

8. LITERATURA ............................................................................................................ 32

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Frekvenca svetlobe [6] .......................................................................................... 3

Slika 2.2: Actinometer ........................................................................................................... 4

Slika 2.3: Extinction meter .................................................................................................... 5

Slika 2.4: Analogni merilnik svetlobe ................................................................................... 6

Slika 2.5: Digitalni merilnik svetlobe ................................................................................... 7

Slika 2.6: Osnovna shema selenijskih merilnikov svetlobe .................................................. 8

Slika 2.7: Osnovna shema CdS merilnikov svetlobe ............................................................ 9

Slika 2.8: Osnovna shema silicijskih merilnikov svetlobe .................................................... 9

Slika 3.1: Svetlobni senzor TSL2550D ............................................................................... 10

Slika 3.2: Funkcijski diagram senzorja ............................................................................... 11

Slika 3.3: CHORD in STEP biti .......................................................................................... 11

Slika 3.4: Odzivnost senzorja TSL2550 .............................................................................. 12

Slika 3.5: Razporeditev pinov na mikrokrmilniku dsPIC30f5011 ...................................... 13

Slika 4.1: Uporabniški vmesnik programa Eagle ................................................................ 15

Slika 4.2: Uporabniški vmesnik programa MPLAB ........................................................... 16

Slika 4.3: Programator Pickit3 ............................................................................................ 16

Slika 4.4: Uporabniški vmesnik RealTerm ......................................................................... 17

Slika 5.1: Tiskano vezje merilnika svetlobe........................................................................ 18

Slika 5.2: Shema vezja ........................................................................................................ 19

Slika 5.3: Dokončano vezje merilnika svetlobe .................................................................. 20

Slika 5.4: Diagram poteka merilnika svetlobe .................................................................... 21

Slika 5.5: Potek dela s senzorjem ........................................................................................ 22

Slika 5.6: Rutina pridobivanja podatkov s senzorja ............................................................ 23

Slika 5.7: Prikaz nepravilnega zajemanja podatkov ............................................................ 24

Slika 5.8: Koračni opis metode za zavrnitev vmesnih rezultatov ....................................... 24

Slika 6.1: Merilna naprava Minolta chroma meter xy-dc ................................................... 27

Slika 6.2: Primerjava med komercialnim merilnikom in našim merilnikom ...................... 28

Slika 6.3: Rezultati testa ugašanja in prižiganja luči ........................................................... 29


VII

Slika 6.4: Rezultati merjenja zunanje svetlobe .................................................................... 30

Slika 6.5: Rezultati merjenja sivinskih slik ......................................................................... 30

KAZALO TABEL

Tabela 2.1: Tabela osvetljenosti v določenih primerih............................................................... 7

Tabela 5.1: Delovanje računanja za metodo postopne spremembe svetlobe ........................... 25

Tabela 5.2: Tabela CHORD z vrednostmi................................................................................ 25

Tabela 5.3: Tabela STEP z vrednostmi .................................................................................... 26


VIII

UPORABLJENI SIMBOLI

- b – bit

- lx – luks

- V – volt

- m – meter

- S – sekunda

- F – farad

- Hz – herz


IX

UPORABLJENE KRATICE

- TAOS – Texas advance optoelectronic solutions

- RAM – Random access memory

- SMD - surface-mount device

- FTDI – Future Tehnology Devices International

- USB – Universal Serial Bus

- LCD – liquid crystal display

- CCD – charged coupled device

- LDR – Light Dependent Resistor

- CdS – Cadmium sulfide Cell

- SBC – silicon blue cell


1

1. UVOD

Ambientna svetloba vpliva na kakovost oz. barvitost slik, zajetih z digitalno kamero. Čim

temneje je v prostoru, tem bolj se uporablja manjši barvni spekter za zaznavanje slike.

Kadar pa je bolj svetlo, imamo na voljo več barv. Da bi vedno dosegli podoben rezultat, s

pomočjo merilnika ambientne svetlobe kalibriramo zajemalnik slike. Tako je slika v

temnem prostoru izrazitejša, v svetlejšem pa se ne blešči od površin. Merilniki se tako na

primer pogosto uporabljajo v fotografskih studiih ali v TV studiih, kjer preverjajo, če je

prava osvetlitev za kamero oziroma fotoaparat.

Svetlobo merimo z napravo, ki se imenuje merilnik ambientne svetlobe. Najpogostejša

izvedba merilnika svetlobe je digitalna ali analogna naprava, podobna multimetru, ki ima

pritrjen senzor nad LCD zaslonom ali pa je pritrjen preko kabla na napravo. Naprava

deluje tako, da zaznava različne svetlobne spektre ter jih izračuna. Kvaliteta meritve je

odvisna od števila senzorjev, ki jih uporabljamo in od vrste senzorja.

Namen diplomske naloge je izvedba večsenzorskega merilnika ambientne svetlobe, ki bo

na določenih mestih meril osvetlitev prostora in podatke sporočil osebnemu računalniku.

To informacijo bi kasneje lahko uporabili pri kalibraciji slik. Uporabili smo polje

svetlobnih senzorjev, ki bodo zajete podatke o ambientni svetlobi sporočili mikrokrmilniku

preko digitalne povezave. Mikrokrmilnik bo nato zajete podatke preračunal in jih poslal na

osebni računalnik. V diplomski nalogi smo izdelali elektronsko vezje in programsko

opremo, katera bo na računalnik izpisovala podatke o osvetlitvi prostora preko USB vodila.

Predpostavljamo, da smo z uporabo polja svetlobnih senzorjev zmanjšali odvisnost meritve

s samo enim senzorjem na točno določenem mestu. Tako se izognemo napakam kot so npr:

senčna področja, oz. da oblak prekrije točno tisti en senzor. Računanje svetlobe temelji na

tem, da vzamemo podatke iz vseh senzorjev in izračunamo povprečje. S tem smo dobili

neko povprečje določenega prostora. Vezje je bilo priključeno preko USB vmesnika na

računalnik in tako smo preko vmesnika opazovali svetlobo v prostoru.

V prvem delu diplomskega dela smo raziskali področje merjenja svetlobe ter opisali

različne postopke in pristope za merjenje svetlobe in podali teoretično razlago o

svetlobnih senzorjih.


2

V drugem delu smo napravili shemo elektronskega vezja s programom eagle. Na podlagi

sheme smo naredili tiskano vezje, kjer smo vse elektronske elemente pravilno namestili.

Delovanje bo nadziral mikrokrmilnik. Program za delovanje mikrokrmilnika smo napisali

v programskem jeziku C. Na računalnik smo preko USB vodila pošiljali podatke, ki so bili

na voljo za naknadno obdelavo.

Pravilnost delovanja merilnika smo preverili s primerjanjem dobljenih podatkov, istočasno

pa bomo preverjali podatke tudi s pomočjo komercialnega merilnika svetlobe.


3

2. SVETLOBA IN MERJENJE

2.1. SVETLOBA

2.1.1. KAJ JE SVETLOBA?

Svetlobo [19] vsak dan vidimo in uporabljamo, pa vendar le redko razmišljamo o njej.

Vidna svetloba [7] je elektromagnetno sevanje z valovnimi dolžinami od približno 380 nm

do približno 780 nm (Slika 2.1). V fiziki se pojem svetloba pogosto nanaša na

elektromagnetna sevanja vseh valovnih dolžin, ne glede na to, ali so vidna ali ne. Svetloba

je sestavljena iz majhnih energijskih paketov, imenovanih fotoni.

Svetloba [7] ima pet osnovnih lastnosti: jakost, frekvenco ali valovno dolžino, polarizacijo,

fazo in orbitalni kotni moment.

Slika 2.1: Frekvenca svetlobe [6]

2.1.2. AMBIENTNA SVETLOBA

Ambientna svetloba [6] je svetloba, ki je že prisotna v prostoru pred dodajanjem dodatne

svetlobe. Po navadi se nanaša na naravno svetlobo zunaj ali tako, ki prihaja skozi okno.

Lahko pa je tudi umetna svetloba, kot so npr. luči v sobi, studiu …

Ambientna svetloba je pomembna pri fotografiji ali snemanju filmov, ker večina slik

predvsem ali večinoma temelji na ambientni svetlobi.


4

2.1.3. ZGODOVINA

Že od začetka fotografije se je porajalo vprašanje: »Kako pravilno izpostaviti napravo

svetlobi?« Ob tem pa ni bilo pomembno, če je objekt, ki ga slikamo, v studiu ali na

prostem[6].

Za fotografiranje na prostem so nekoč uporabljali tabelo, ki je povedala, kako pravilno

izpostaviti napravo svetlobi glede na letni čas, lokacijo in uro. Pozneje so razvili dva tipa

prvih merilnikov svetlobe:

Actinometer [8] (Slika 2.2) je ena izmed prvih naprav za merjenje svetlobnih senzorjev.

Imel je obliko žepne ure in je za merjenje svetlobe uporabljal svetlobno občutljiv papir za

tiskanje fotografij. Merili so tako, da je papir nekaj časa stal na svetlobi, dokler ni dobil

določene barve. Nato so uporabniki pogledali, kateri odtenek barve se ujema s tistim na

napravi ter tako dobili približno vrednost svetlobe.

Slika 2.2: Actinometer

Extinction meter [8] (Slika 2.3) – druga vrsta prvih svetlobnih merilnikov je t. i. extinction

meter. Merilnik je deloval tako, da je uporabnik gledal skozi meter v vrsto številk (vsaka

številka je bila v svojih celuloidnih oknih različnih stopenj motnosti), največja ali najnižja

vidna številka pa je določila, za katero svetlobno situacijo gre. Drugi način metra je tak, da

se gleda skozi okular v napravo in se uravnava količina svetlobe, dokler se vzorec še lahko

vidi. Nato pozicija na napravi pokaže izpostavljenost svetlobi.


5

Slika 2.3: Extinction meter

V poznih dvajsetih in zgodnjih tridesetih letih so odkrili način, kako napraviti foto-

električne senzorje za vidno svetlobo. Delovali so tako, da ko si jih izpostavil svetlobi, so

generirali določeno napetost, dovolj, da je galvanometer povedal približno svetlobo, ki so

jo merili[6].

Merilniki osvetlitve so izdelki, ki predstavljajo skoraj 100 let znanstveno-raziskovalnega

dela. K razvoju naprave so pripomogla tri večja odkritja. Leta 1839 je francoski

znanstvenik, Edmond Becqurel odkril, da se električna napetost poveča, ko posije svetloba

na platinaste elektrode. Štiriintrideset let pozneje je telegrafist Willoughby Smith odkril, da

selen v njegovi napravi spreminja upornost glede na količino svetlobe, ki sije nanjo. V letu

1887 je Heinrich Hertz odkril, da se električno nabiti delci ali elektroni od določenih

snoveh odbijejo, kadar so izpostavljeni UV žarkom[6].

Osnova za fotoelektrični svetlobni senzor je selenijski senzor. Dolgo je bilo znano, da je

selen občutljiv na svetlobo, vendar ni bilo ustrezne metode za izdelavo uporabnih

senzorjev. Podjetje Weston je naredilo veliko raziskav na teh senzorjih in je izdelalo

senzor za merilnik svetlobe. Pri teh senzorjih je bilo potrebno dodatno napajanje. Po nekaj

nadgradnjah so napravili celico, katera je funkcionirala brez dodatnega napajanja (baterije).

Če si celico izpostavil svetlobi, je ta generirala napetost.

Nekatere vrste senzorjev potrebujejo dodatno napajanje. To dodatno napajanje da baterija

in šele tako lahko z njimi opravljamo meritve. Ti senzorji so: LDR, CdS in modra

fotocelica (fotodioda). Svetloba v prostoru je merjena tako, da celica spreminja napajanje

ali upornost, to »sporoči« merilnemu sistemu, ki se prikaže na skali.


6

Merjenje svetlobe s fotoelektričnim svetlobnim senzorjem je zelo enostavno in zanj ne

potrebujemo zapletene opreme. Po navadi analogna naprava (Slika 2.4) vsebuje naslednje

elemente:

- skalo z vrednostmi,

- senzor,

- element za uravnavanje,

- merilni element,

- disk za »računanje«,

- sistem za kalibracijo.

Slika 2.4: Analogni merilnik svetlobe

2.2. MERILNIKI SVETLOBE

Merilniki svetlobe, kot že ime pove, so naprave, ki zaznavajo svetlobo. Poznamo več vrst

svetlobnih senzorjev. Vsak izmed njih deluje na malo drugačen način. Npr. fotocelica oz.

foto upor je mali senzor, ki spreminja upornost, kadar svetloba sije nanj. Večinoma so

uporabljeni v izdelkih za zaznavo intenzivnosti svetlobe.


7

Slika 2.5: Digitalni merilnik svetlobe

Naprave, ki uporabljajo te vrste senzorjev, se uporabljajo v znanstveni tehnologiji, vendar

se najdejo tudi na navadnih napravah, ki jih ljudje uporabljajo vsak dan. Veliko modernih

naprav, kot so računalniki, mobilni telefoni, televizije, uporabljajo ambientni merilnik

svetlobe, da samodejno prilagajajo svetlost ekrana, posebej v nizko osvetljenih prostorih

oz. v prostorih, kjer je veliko svetlobe. Naprava zazna, koliko svetlobe je v prostoru in ta

lahko poviša oz. zniža svetlost ekrana na bolj komfortno svetlost za uporabnika. Svetlobni

senzorji se lahko uporabljajo tudi za samodejno prižiganje luči. Kadar je pretemno oz.

kadar je svetlo, jih ugasnejo.

Osvetljenost v prostoru se meri v luksih oz. lx. Spodnja tabela [12] (Tabela 2.1) prikazuje

primere vrednosti v luksih:

Osvetljenost Podloga osvetljena z

0 lx popolna tema

0.002 lx noč brez lune

0.01 lx četrtina lune

0.27 lx polna luna

1 lx polna luna v tropskih krajih

3.4 lx temen somrak

50 lx luč v dnevni sobi (Avstralija, 1998)

80 lx luč na hodniku v pisarnah

100 lx zelo oblačen dan

320- 500 lx luč v pisarnah

400 lx sončni zahod ali sončni vzhod

1000 lx oblačen dan, luči v TV studiu

10000-25000 lx sončen dan (ne direktno sonce)

32000-130000 lx direktna sončna svetloba

Tabela 2.1: Tabela osvetljenosti v določenih primerih


8

2.3. RAZLIČNI PRISTOPI

Merilniki svetlobe so digitalni ali analogni. Večinoma so vsi digitalni merilniki (Slika 2.5)

izdelani na enak način, torej imajo senzorje, s katerimi merijo svetlobo. Mikrokrmilnik

računa podatke, ki jih dobi s senzorjev in skrbi tudi za izpis na LCD zaslončku.

Prav tako so si vsi analogni merilniki med seboj podobni. Delijo se na dve veliki skupini:

merilniki brez napajanja in merilniki z napajanjem. Sestavljeni so iz foto elementa, merilne

skale, elementa za uravnavanje ter sistema za kalibracijo.

Merilniki svetlobe imajo prav tako lahko različne tipe senzorjev. V glavnem se uporabljajo

tri vrste senzorjev:

selenski foto element (ta element ne rabi napajanja),

CdS fotoupor (ta element potrebuje napajanje),

silicijska fotodioda (sbc) oz. modra fotocelica, ki pa tako kot prejšnji element,

potrebuje napajanje.

2.3.1. SELENIJSKA CELICA

Selenijska celica deluje tako, da pretvarja svetlobo v električno energijo. Prednosti te

celice glede na ostale celice so, da je njihov odziv blizu človeškemu očesu, kar pomeni, da

so še posebej primerne za uporabo v enostavnih merilnih instrumentih. Poznamo več tipov

selenijskih fotoelementov. Slika (Slika 2.6) prikazuje osnovno shemo selenijskih

merilnikov svetlobe[6].

Slika 2.6: Osnovna shema selenijskih merilnikov svetlobe


9

2.3.2. CdS FOTOUPOR

CdS senzor deluje tako, da povečuje ali zmanjšuje upornost. Upornost se zmanjšuje, kadar

se svetloba povečuje in upornost se povečuje, kadar se svetloba zmanjšuje. To vpliva na

tok, ki teče skozi vezje. Slabost tega senzorja je ta, da mora vsebovati napajanje. Še ena

slaba lastnost je njegov »spomin«, ki lahko traja še nekaj minut, preden se lahko senzor

začne spet pravilno uporabljati. Slika (Slika 2.7) prikazuje osnovno shemo CdS merilnikov

svetlobe [6].

Slika 2.7: Osnovna shema CdS merilnikov svetlobe

2.3.3. SILICIJSKA FOTODIODA

Silicijska fotodioda je naslednji korak k izboljšanim meritvam. Fotodioda je zelo hitra,

stabilna, lahko je barvno kalibrirana in se ujema s pravimi meritvami svetlobe. V nekaterih

primerih se uporabljata 2 fotodiodi, da dobimo boljše rezultate merjenja. Večina modernih

merilnikov je sedaj opremljenih s silicijsko fotodiodo. Poznamo dve glavni vrsti diod.

Take, ki so občutljive na infrardečo svetlobo in take, ki niso. Silicijski senzor je bolj

zanesljiv kakor selenijski ali CdS senzor in je hitrejši od obeh. Slika (Slika 2.8) prikazuje

osnovno shemo silicijskih merilnikov svetlobe [6].

Slika 2.8: Osnovna shema silicijskih merilnikov svetlobe


10

3. ZASNOVA ELEMENTOV

3.1. SVETLOBNI SENZOR

TSL2550D [2] (Slika 3.1) je digitalni svetlobni senzor proizvajalca Texas Advanced

Optoelectronic Solutions (TAOS). Senzor za svoje delovanje potrebuje napetost (od 2.7 V

do 5.5 V). Komunikacija z nadrejeno napravo poteka preko SMB vodila in sicer preko

dveh digitalnih linij SMBData ter SMBCLK. SMB vodilo je bilo razvito po zgledu I2C ter

kakor I2C prenaša takt, podatke in ukaze. Ker sta si podobna, lahko naprave po navadi

uporabljamo na katerem koli vodilu. Maksimalna hitrost, s katero lahko komuniciramo s

senzorjem, je 100 kHz. Senzor ima dve fotodiodi in analogno-digitalni pretvornik na

CMOS integriranem vezju. TSL2550D je namenjen za uporabo na svetlobi z veliko

valovno dolžino barv. Ena izmed fotodiod (kanal 0) je občutljiva na vidno in infrardečo

svetlobo, druga fotodioda (kanal 1) pa je občutljiva primarno na infrardečo svetlobo.

Integrirani analogno-digitalni pretvornik skrbi, da podatke s kanala 0 in kanala 1 pretvori v

digitalno obliko. Ker je senzor zelo občutljiv na IR svetlobo, (kar se vidi iz Slika 3.4),

želimo s pomočjo kanala 1 to občutljivost kompenzirati. Izhod iz obeh kanalov se uporabi

pri računanju vrednosti v lukse.

Senzor je zasnovan za naprave (dlančniki, mobiteli, tablični računalniki…), ki primarno

merijo ambientno svetlobo in s pomočjo te uravnavajo svetlost zaslona. TSL2550D ima

vgrajeno tehniko, ki izniči efekt utripanja luči, do katerega pride zaradi nihanja napetosti in

povečuje stabilnost meritve [4].

Slika 3.1: Svetlobni senzor TSL2550D

Fotodioda generira tok, ki je odvisen od količine svetlobe. Ta tok peljemo na operacijski

ojačevalnik, da ga spremenimo v spremembo napetosti. Te spremembe lahko integriramo

(z operacijskim ojačevalcem) v časovnem obdobju, da dobimo končno napetost, ki jo

pretvorimo z A/D pretvornikom. Prenos se shrani v dvojni medpomnilnik (double-


11

buffered), da ne pride do branja napačnih podatkov med prenosom. Ko je podatek

prenesen, TSL2550D začne avtomatsko z naslednjim ciklom. S pomočjo validacijskega

bita izvemo, ali je bil prenos uspešen ali ne.

A/D pretvornik ima dva možna načina delovanja: standardni in pa razširjeni. V

standardnem načinu je čas integriranja 400 ms za vsak kanal oz. 800 ms za oba kanala [2].

Slika 3.2: Funkcijski diagram senzorja

Naprava ima dva 8-bitna registra (kanal 0 in kanal 1). Vsak register lahko razdelimo na dva

dela, ki ju uporabimo za izračun vrednosti. Ta dela sta CHORD biti in pa STEP biti.

CHORD biti so tisti biti, ki so tako imenovani najbolj pomembni biti in potekajo od b6 do

b4. STEP biti pa so tisti, ki so manj pomembni, torej biti, ki potekajo od b4 pa do b0.

Razporeditev bitov vidimo na naslednji sliki (Slika 3.3):

Slika 3.3: CHORD in STEP biti

CHORD in STEP biti so enaki 0, kadar je svetloba tako nizka, da se je ne da zaznati. Kadar

pa so biti enaki 1, pride do prekoračitve. Da dobimo pravilno vrednost posameznega

registra, moramo pravilno izračunati vrednosti, ki jih dobimo glede na CHORD in STEP

bite. Izračun vrednosti lahko vidimo v naslednji enačbi (1):

) ) )) (1)


12

TSL2550D ima 8 bitni kontrolni register, ki ga lahko pišemo oz. beremo preko I2C vodila.

Kontrolni register kontrolira vse operacije na napravi. Obstajata 2 registra, ki sta samo za

branje. To sta registra, ki vsebujeta vrednost z A/D pretvornika. I2C naslov naprave je

nastavljen na 0111001. Kontrolni register uporabljamo primarno za izbiro, kateri register

bomo brali v ciklu. Prav tako ga uporabljamo, če želimo napravo po določenem času

izklopiti ali vklopiti.

Kadar dobimo vrednost iz obeh registrov, lahko izračunamo vrednost svetlobe v prostoru

po naslednji enačbi (2):

) ) ( ) (2)

Svetlobni senzor je občutljiv na vse valovne dolžine vidnih barv ter tudi na infrardečo

svetlobo. Na grafu opazimo, da je kanal 0 uporabljen za vse vrste vidnih barv ter tudi

infrardečo svetlobo, kanal 1 pa je občutljiv predvsem na infrardečo svetlobo. Kanal 0 je

najbolj odziven med 650nm in 750nm, kanal 1 pa med 850nm ter 950nm (Slika 3.4).

Slika 3.4: Odzivnost senzorja TSL2550


13

3.2. MIKROKRMILNIK

Za mikrokrmilnik smo uporabili dsPIC30f5011 (Slika 3.5). Nastal je v podjetju Microchip.

Čip ima 16 bitno arhitekturo in 4kb RAM-a. Mikrokrmilnik ima 64 pinov, od tega jih je

52 splošno namenskih. Poleg tega ima integrirani 12-bitni A/D pretvornik. Vsebuje še 2x

UART modul za serijsko povezavo ter modula I2C ter 2x SPI za komunikacijo med

napravami. Mikrokrmilnik ima tudi pet 16-bitnih časovnikov ter dva 32-bitna. Takt z

uporabo notranjega oscilatorja je 7.37 MHz, ki ga lahko nato nastavljamo z množilniki

(PLL) 4x, 8x in 16x. Čip deluje z napetostjo od 2.5 do 5.5 V[1].

Slika 3.5: Razporeditev pinov na mikrokrmilniku dsPIC30f5011


14

3.3. POVEZAVA Z USB VODILOM

Naše vezje povežemo na osebni računalnik preko vodila USB s pomočjo integriranega

vezja FT232RL, ki ga je izdelalo podjetje Future Tehnology Devices International

(FTDI)[5].

Integrirano vezje priključimo na mikrokrmilnik preko serijske povezave. Preko USB

vodila se osebnemu računalniku predstavi kot navidezna serijska naprava. Gonilniki so na

voljo za skoraj vse operacijske sisteme.


15

4. PROGRAMSKA OPREMA

4.1. PROGRAM ZA RISANJE VEZIJ EAGLE

Za risanje vezja smo uporabili program Eagle [9] (Slika 4.1), proizvajalca CadSoft. Izmed

ponujenih možnosti smo izbrali brezplačno (freeware) verzijo, ki ustreza našim zahtevam

glede velikosti vezja. Program omogoča risanje in izdelavo tiskanih vezij. Vgrajene ima

različne knjižice, kjer se nahajajo različni elementi, vendar ne vsi. Omogoča tudi nalaganje

redkejših knjižic, ki jih program ne vsebuje, ter tudi risanje posameznih elementov. V naše

vezje smo vključili knjižico (SparkFun.lbr), ki ima še dodatne elemente, katere program

sicer ne vsebuje. Iz knjižice smo izbrali element za mikrokrmilnik dsPIC30f5011.

Program omogoča tudi risanje svojih elementov. Element TSL2550D smo narisali sami.

Prav tako omogoča popravljanje že obstoječih elementov v knjižici. To pride prav takrat,

kadar so spajkalne oči premajhne in se hitro poškoduje povezava. Težavi se lahko

izognemo tako, da povečamo očesa v uporabljeni knjižici.

Slika 4.1: Uporabniški vmesnik programa Eagle


16

4.2. PROGRAMSKO ORODJE MPLAB

Za programiranje mikrokrmilnika dsPIC30f5011 smo uporabili razvojno okolje MPLAB

IDE v8.85 (Slika 4.2) in programator pickit 3 (Slika 4.3). Orodje omogoča koračno

izvajanje programa, kar je zelo dobro pri testiranju in odpravljanju napak. Za

programiranje mikrokrmilnika smo uporabili programski jezik C. Prevajanje smo izvedli s

prevajalnikom MPLAB C Compiler for dsPIC, ki je narejen za dsPIC družino

mikrokrmilnikov. Prevajalnik sam poveže knjižice. Kadar smo program napisali in smo ga

želeli testirati, smo ga prevedli in preko programatorja pickit 3 zapisali kodo na

mikrokrmilnik.

Slika 4.2: Uporabniški vmesnik programa MPLAB

Slika 4.3: Programator Pickit3


17

4.3. PROGRAM ZA KOMUNIKACIJO REALTERM

Programsko orodje RealTerm [14] (Slika 4.4) je odprtokodni emulator terminala, ki

sprejema podatke, torej je sprejemnik pri serijski komunikaciji. Razvit je bil za nadzor nad

serijsko komunikacijo. Orodje lahko podatke sprejema ali pa jih pošilja. Program smo

uporabili za izpis svetlobe na računalniku. Na sliki (Slika 4.4) lahko vidimo primer izpisa

programa.

Slika 4.4: Uporabniški vmesnik RealTerm


18

5. REŠITVE IN IMPLEMENTACIJA

5.1. IZDELAVA SHEME

Za načrtovanje elektronskega vezja smo uporabili program Eagle. Shema elektronskega

vezja je prikazana na sliki (Slika 5.2). Na shemi vidimo, da se naše vezje napaja preko

priključka USB. Šum, ki ga dobimo pri napajanju, smo poizkušali zmanjšati z ločilnima

kondenzatorjema, ki imata vrednosti 10 uF ter 100uF. Čeprav bi se vezje lahko napajalo

preko programatorja, smo se odločili, da se vezje napaja preko USB priključka. Element

FT232RL smo povezali po shemi naprave, ki se napaja preko vodila USB, katera je

objavljena [5]. Nato smo z elementa FT232RL povezali vse podatkovne in kontrolne linije

z mikrokrmilnikom ter pravilno priključili element na napajanje na maso. Za programiranje

mikrokrmilnika smo na vezje dodali konektor, kamor lahko priključimo programator pickit

3. Sprva smo mislili priključiti na mikrokrmilnik 5 senzorjev svetlobe, vendar smo se

pozneje odločili samo za dva. Čeprav smo imeli vezje že izdelano, to ni vplivalo na

uporabnost vezja. Pri vsakem senzorju smo na vodilih SCL in SDA uporabili upor za dvig

napetostnega nivoja (pull up), ki je imel vrednost 4,7kΩ.

Senzor za merjenje svetlobe je na mikrokrmilnik povezan preko vodila I2C in na SCL pin

je vezan takt, na SDA pin pa je vezan prenos podatkov. Preko SDA lahko mikrokrmilnik

podatke pošilja ali pa jih sprejema. Na vodila SCL ter SDA smo prav tako morali

priključiti upor za dvig napetostnega nivoja z vrednostjo 4,7kΩ.

Slika 5.1: Tiskano vezje merilnika svetlobe


19

Slika 5.2: Shema vezja


20

5.2. IZDELAVA TISKANEGA VEZJA

Na osnovi sheme smo izdelali tiskano vezje (Slika 5.1). Pri izdelavi oz. risanju vezja smo

pazili na to, da je bila ploščica enostranska. Pri izdelavi vezja smo namesto foto postopka

uporabili tehnologijo prenosa tonerja.

Za začetek smo morali imeti napravljeno vezje ter shemo v programu Eagle. Ko smo bili

zadovoljni z izgledom naše ploščice, smo to ploščico natisnili z laserskim tiskalnikom na

prozorno prosojnico. Ker smo hoteli imeti samo enostransko ploščico, smo natisnili samo

povezave, ki ležijo na spodnji strani ploščice. Druge povezave smo kasneje naredili z

žičkami. Ker smo hoteli, da je slika pravilno natisnjena, smo morali vezje zrcaliti. Ko smo

imeli ploščico natisnjeno, smo prosojnico obrezali tako, da se je lepo prilegala na bakreno

ploščico ter jo tudi pravilno namestili. Naredili smo še okoli deset prehodov skozi

laminator, ki je bil dobro ogret. Nato smo ploščico položili v banjico z mlačno vodo ter

počakali, da je folija zdrsnila s ploščice, na kateri je sedaj ostal samo toner, ki je bil prej na

foliji.

Po prenosu vezja s folije na bakreno ploščico smo ploščico temeljito pregledali in popravili

vse napake z alkoholnim flomastrom. Nato smo morali ploščico jedkat, da bi odstranili

odvečen baker. Za jedkanje smo uporabili solno kislino (HCl), vodikov peroksid ( )

ter vodo v razmerju približno 1:1:2 (HCl: : ).

Po končanem jedkanju smo ploščico splahnili ter jo posušili. Nato smo ploščico spet

temeljito pregledali, če se ni katera povezava mogoče prekinila. Zatem smo na ploščici

izvrtali luknje in prispajkali elektronske elemente. Dokončano vezje je prikazano na sliki

(Slika 5.3).

Slika 5.3: Dokončano vezje merilnika svetlobe


21

5.3. PISANJE PROGRAMA ZA VEZJE

Kot smo že prej opisali, smo program razvijali v okolju MPLAB ter v programskem jeziku

C. Ko je bil program pravilno napisan, smo ga prevedli ter ga naložili na mikrokrmilnik

preko programatorja pickit3.

Naloga razvite programske opreme je bila zajem podatkov s svetlobnega senzorja ter

komunikacija s senzorjem. Ta program je moral pravilno izračunati dobljene vrednosti s

senzorja in jih izpisati na osebni računalnik. Diagram poteka, ki prikazuje, kako se izvaja

program, je na sliki (Slika 5.4).

Slika 5.4: Diagram poteka merilnika svetlobe


22

Po zagonu programa definiramo, katere vhode in izhode bomo imeli. Ko se to naredi,

naprava inicializira UART modul, I2C modul ter časovnik. Časovnik nastavimo, da bomo

imeli prekinitve na vsako sekundo, torej da se bodo podatki pridobivali s senzorja vsako

sekundo. Hitrejše zajemanje nam zaradi konfiguracije senzorja ni mogoče nastaviti.

Integracija za branje obeh registrov znaša 800 ms. UART modul je pomemben za izpis na

računalniku. V našem primeru ga nastavimo, da je hitrost prenosa 9600 bitov na sekundo.

Nato nastavimo še I2C modul. Ta modul skrbi za komunikacijo med narejeno in podrejeno

napravo. V našem primeru je nadrejena naprava mikrokrmilnik, podrejena naprava pa

svetlobni senzor. Po inicializaciji preidemo v funkcijo, v kateri povemo krmilniku, na

katerem naslovu se nahaja senzor. V našem primeru ima senzor tovarniško nastavljen

naslov, ki je v dvojiškem zapisu 0111001. Poleg naslova naprave moramo napravi poslati

še ukaz. Na začetku lahko začnemo z ukazom za vklop naprave ali pa branjem prvega

registra, torej s kanalom 0. Kadar dobimo neko dvojiško vrednost, to vrednost

preračunamo, da imamo vrednost v desetiškem številu. Nato spet pokličemo rutino za izpis

ukaza na I2C, v katerem pošljemo naslov ter ukaz za drugi register (kanal 1). Nato

ponovimo spet isti postopek za računanje, kakor pri kanalu 0. Ko imamo obe vrednosti, pa

lahko iz enačbe, ki jo najdemo v navodilih za svetlobni senzor, izračunamo svetlobo v

prostoru. Kadar imamo vrednost svetlobe izračunano v luksih, jo lahko izpišemo na

računalnik ter tako to počnemo vsako sekundo. Ker je program v neskončni zanki, se nikoli

ne zaključi.

V nadaljevanju bomo opisali psevdokod za delo s senzorjem. Pri tem smo si pomagali z

objavljenimi navodili proizvajalca [5].

Delo s senzorjem po navadi poteka po naslednjih korakih (Slika 5.5):

1. Začnemo s inicializacijo naprave.

2. Preberemo oba kanala s senzorja.

3. Ustvarimo kontrolo.

4. Izračunamo približne vrednosti luksov iz ambientalne svetlobe (svetlobe okolja).

5. Izračunamo svetlosti (brightness) iz luksov.

6. Ponovimo korak 2.

Slika 5.5: Potek dela s senzorjem


23

Kadar se naprava inicializira, dobi napajanje, ta začne oddajati vrednosti, ki so trenutno v

kanalu 0 in kanalu 1. Integracijski čas vsakega kanala je običajno 400 ms. Interval

pridobivanja podatkov je 800 ms, saj je združen z obeh kanalov. Kadar ima naprava na

voljo podatek s kanala 0, je ta podatek veljaven 400 ms, prav tako je s podatkom s kanala

1. Nato se to ponovi, dokler ne izklopimo naprave.

Naslednji korak pri delovanja senzorja je branje ukazov. Ker ima TSL2550 SMB vodilo,

smo uporabili modul I2C. I

2C ukazi za branje TSL2550 kanalov so naslednji: kanal 0 ima

ukaz 0x43 v šestnajstiškem sistemu, kanal 1 pa ima ukaz 0x83. Kako poslati določeni ukaz

in prejeti neko vrednost, poteka po naslednjih korakih (Slika 5.6):

1. Ustvarimo parameter, v katerega bomo zapisali vrednost.

2. Nastavimo naslov naprave (običajno je 0111001).

3. Nastavimo, kateri ukaz želimo poslati običajno (0x43 ali 0x83, odvisno od kanala).

4. Kadar imamo naslov naprave ter ukaz, generiramo SCL.

5. Pošljemo ukaz po SDA liniji.

6. Čakamo na odgovor.

7. Zapišemo dobljeno vrednost v začetni parameter.

Slika 5.6: Rutina pridobivanja podatkov s senzorja

Po tem koraku dobimo vrednost samo z enega registra. Za računanje svetlobe potrebujemo

oba podatka. Da dobimo še drugo vrednost registra, moramo počakati 400 ms, nato lahko

ponovno pošljemo ukaz za drugi register.

Ker ima TSL2550 dva kanala, ki se ne izvajata istočasno, lahko pride do napake. Da ne bi

prišlo do napake, uporabimo kontrolo za pregled nad dobljenimi vrednostmi. Imamo tri

pogosto uporabljene metode, ki jih bomo tudi na kratko opisali.

Prva metoda je tako imenovana zavrnitev vmesnih rezultatov. Primer take uporabe je npr.

luč, ki se prižge v zatemnjeni sobi, kadar je naprava sredi integracije s kanalom 0 (Slika

5.7). Kadar je kanal 0 prebran, izhodna vrednost ne bo pravilna. Pravilno prebrana

vrednost bi bila v primeru, če bi luč že gorela in bi se kanal 0 integriral na začetku s

pravilno vrednostjo.


24

Slika 5.7: Prikaz nepravilnega zajemanja podatkov

Preprosta rešitev prve metode kako obidemo tako napako je, da počakamo, da se senzor

stabilizira, preden začnemo z izračunom luksov. To napravimo tako, da deklariramo

toleranco. Večja kot je vrednost tolerance, večje nihanje bomo dovolili, manjša kot je

toleranca, manjše bo nihanje. Ker smo to metodo uporabili tudi mi, jo bomo opisali po

korakih (Slika 5.8):

1. Deklariramo vrednosti ter toleranco.

2. Program zaženemo v neskončni zanki.

3. Pred vsakim branjem počakamo 800 ms.

4. Preberemo obe vrednosti.

5. Izračunamo spremembo iz prejšnjega merjenja.

6. Primerjamo vrednosti 5 koraka s toleranco.

7. Če je pogoj izpolnjen, izračunamo vrednost svetlobe.

8. Shranimo vrednosti za naslednje branje (korak 5).

Slika 5.8: Koračni opis metode za zavrnitev vmesnih rezultatov

Naslednja metoda je zavrnitev predhodnih sprememb. Ta metoda deluje tako, da imamo za

vsak register ustvarjeno polje, ki je veliko za 4 vrednosti podatkov. V ta polja se vnašajo

vrednosti, dokler niso polna, nato se za vsak register določi maksimalna ter minimalna

vrednost. Nato se izračuna razlika med maksimalno ter minimalno vrednostjo in razliko

primerjamo s toleranco. Da ta metoda začne delovati, mora senzor imeti 4 predhodna

branja vrednosti. Kot v prejšnjem primeru, višja vrednost tolerance pomeni večje nihanje

luksov, manjša pa manjše nihanje.

Tretja metoda je postopna sprememba svetlobe. Ta metoda temelji na tem, da pride do

postopnih sprememb, torej ne naglih. Pri tej metodi se postopoma povečujejo ali


25

zmanjšujejo vrednosti izračunanih podatkov. Npr. shranjujemo zadnjih 5 vrednosti meritev

in iz njih izračunamo povprečje. To povprečje nam da vrednost luksov. Da metoda začne

delovati, mora senzor zajet 4 predhodna branja. Spodnja tabela (Tabela 5.1) nam prikazuje,

kako to povprečje deluje za posamezni register.

Prebrana vrednost registra Povprečje Računanje

10 - Računanje še ni mogoče.




10 10 (10+10+10+10+10)/5=10

60 20 (10+10+10+10+60)/5=20

60 30 (10+10+10+60+60)/5=30

Tabela 5.1: Delovanje računanja za metodo postopne spremembe svetlobe

Naslednja operacija v poteku programa je računanje svetlobe. Vrednosti merjenja svetlobe

dobimo v dvojiškem sistemu. Te vrednosti so 8-bitne. Prvi bit, oziroma najbolj pomemben

bit, je vedno validacijski in je vedno 1. Za ostalih 7 števil pa si pomagamo z naslednjima

tabelama (Tabela 5.2 in Tabela 5.3):

CHORD BITI

B6,B5,B4

CHORD ŠTEVILO CHORD

VREDNOST

STEP VREDNOST

000 0 0 1

001 1 16 2

010 2 49 4

011 3 115 8

100 4 247 16

101 5 511 32

110 6 1039 64

111 7 2095 128

Tabela 5.2: Tabela CHORD z vrednostmi


26

STEP BITI

B3,B2,B1,B0

STEP ŠTEVILO

0000 0

0001 1

0010 2

0011 3

0100 4

0101 5

0110 6

0111 7

1000 8

1001 9

1010 10

1011 11

1100 12

1101 13

1110 14

1111 15

Tabela 5.3: Tabela STEP z vrednostmi

Nato podatek ločimo na posamezne bite. Prvi bit, ki je validacijski, ne gledamo. Vzamemo

naslednje tri in pogledamo v tabeli vrednosti, katere bomo morali uporabiti za izračun

svetlobe. Nato vzamemo še preostale štiri bite. To napravimo za oba registra. Desetiško

število dobimo s pomočjo naslednje formule (1).

Ko imamo oba podatka v desetiški obliki, uporabimo formulo, ki smo jo že navedli prej

(2). Ko imamo izračunano svetlobo v luksih, pa jo pošljemo preko FT232 na ekran, da jo

izpišemo.


27

6. PREIZKUŠANJE IN DELOVANJE

6.1. PREIZKUŠANJE VEZJA

Vezje smo preizkusili z merilnikom Minolta chroma meter xy-dc, ki smo si ga sposodili na

RTV Slovenija v Mariboru. Vezje smo testirali v njihovih studiih pod nadzorovanimi

pogoji, kar pomeni, da je bila v studiu popolna tema, da ni bilo vpliva zunanjih dejavnikov,

torej sonca ali senčnih predelov. Da smo lahko izmerili delovanje merilnikov, smo

uporabljali eno reflektorsko luč. V nadaljevanju bomo opisali rezultate testa ter merilno

napravo, s katero smo primerjali naš izdelek.

Minolta chroma meter xy-dc merilnik [20] (Slika 6.1) je bil razvit v podjetju Konica

Minolta. Je prenosni merilnik svetlobe. Razvit je bil za merjenje svetlobe v določenem

prostoru ter svetlobne temperature. V senzorju so nameščene 3 silicijske fotodiode.

Merilnik lahko meri od 10lx do 200000lx.

Slika 6.1: Merilna naprava Minolta chroma meter xy-dc


28

V spodnjem grafu (Slika 6.2) bomo opisali, na kateri razdalji smo izmerili določeno

svetlobo in koliko je ta svetloba bila. Pri enem metru od reflektorja je komercialni merilnik

svetlobe izmeril 1522 luksov, medtem ko naš preprost merilnik vrednosti ni mogel izpisati.

Zaradi prevelike svetlobe je pri slednjem prišlo do prekoračitve (angl. overflow). Enako se

je zgodilo pri dveh metrih od reflektorja. Pri treh metrih od reflektorja smo dobili vrednost

834 luksov. Ta se je za 55 luksov razlikovala od vrednosti izmerjene s komercialnim

merilnikom. Pri petih metrih je bila svetloba na našem merilniku 469 luksov, kar pomeni,

da je bila manjša za 43 luksov. Na desetih metrih je komercialni merilnik pokazal 240

luksov, naš merilnik pa 223 luksov. Iz spodnjega grafa je razvidno, da naš merilnik ne

deluje pravilno pri zelo direktni svetlobi, v tem primeru en ali dva metra od reflektorja saj

takrat pride do prekoračitve in nam merilnik vrne vrednost 0. Težava med merilnikoma se

pojavi tudi v tehniki merjenja. Naš merilnik svetlobe sprejema svetlobo iz celotne okolice,

medtem ko mora biti testni merilnik fokusirani na točno določeno točko. V našem primeru

je ta točka reflektor. Kot je razvidno iz grafa, se razlika med merilnikoma zmanjšuje, ko se

od točke merjenja oddaljujemo. Na treh metrih je razlika med merilnikoma 7.7%, na petih

8.4% in na desetih 7.1%. Iz teh izračunov opazimo, da se naš merilnik svetlobe razlikuje

od komercialnega merilnika svetlobe za 7-8.5%. Glede na dobljene rezultate lahko rečemo,

da naš merilnik deluje pravilno.

Slika 6.2: Primerjava med komercialnim merilnikom in našim merilnikom

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1 2 3 5 10

Minolta chroma meter xy-dc

preprost merilnik ambientnesvetlobe


29

6.2. REZULTATI MERITEV

Napravili smo nekaj različnih meritev, da bi prikazali delovanje merilnika svetlobe. Eden

od teh poizkusov je bil enostavno prižiganje in ugašanje luči. Drugi poizkus je bil merjenje

svetlobe na odprtem od 18.30 do 20.30 ure. Tretji poizkus merjenja pa so bile sivinske

slike na ekranu računalnika.

Prvi poizkus je zelo enostaven, saj gre za prižiganje in ugašanje luči. Z grafa (Slika 6.3) je

razvidno, kdaj se luči prižgejo in kdaj ugasnejo. Razvidno je tudi, koliko svetlobe imamo v

naši merjeni sobi. V našem primeru ta svetloba znaša 62.4 luksa.

Slika 6.3: Rezultati testa ugašanja in prižiganja luči

V drugem poizkusu smo merili svetlobo zunaj na prostem. Meritev je potekala 11.09.2012

od 18.30 do 20.00 ure. Vreme je bilo v času meritve sončno, brez oblakov. Ta čas smo si

izbrali zato, ker takrat sonce zahaja in se najbolj vidijo spremembe svetlobe. Podatke smo

zajemali vsakih 15 minut. Zajemanje je trajalo 1 minuto in glede na dobljene vrednosti

smo izračunali povprečje ter z njim prikazali, kakšna je bila osvetljenost takrat. Z grafa

(Slika 6.4) je razvidno, da je najvišja zabeležena svetloba bila 743,19 luksov, najnižja pa

0,3 luksov, kar je že skoraj popolna tema. Z grafa je še razvidno tudi to, da se je največji

padec svetlobe zgodil med 18:45 ter 19:15 uro. V samo pol urah se je svetloba zmanjšala

za 524 luksov.

0

10

20

30

40

50

60

70

Svetloba (lx)

Svetloba (lx)


30

Slika 6.4: Rezultati merjenja zunanje svetlobe

V tretjem poizkusu smo uporabili sivinske slike na ekranu. Meritev smo opravili tako, da

smo sivinsko sliko razdelili na deset enakih delov. Za merjenje smo uporabili LG 22 palčni

monitor. Merilnik je bil od ekrana oddaljen približno 3 centimetre. Na grafu (Slika 6.5) so

na x-osi napisane vrednosti RGB barv. Sivinska slika pomeni, da so vse osnovne barve

enake vrednosti. Na začetku grafa imamo vrednost 255, kar pomen, da je slika bila bela, na

koncu grafa pa so vrednosti barv enake 0, kar pomeni, da je črna. Na grafu je prav tako

razvidno, da je zelo majhna razlika med čisto belo sliko ter sliko, ki ima vrednost 229. Pri

drugi sivinski sliki opazimo, da graf enakomerno pada z rahlo krivuljo. To pomeni, da so

na začetku med barvami večje razlike, kakor proti koncu.

Slika 6.5: Rezultati merjenja sivinskih slik

0

100

200

300

400

500

600

700

800

18:30 18:45 19:00 19:15 19:30 19:45 20:00

Svetloba(lx)

Svetloba(lx)

0

50

100

150

200

250

255 229 204 178 153 127 102 76 51 26 0

Svetloba(lx)

Svetloba(lx)


31

7. SKLEP V diplomskem delu smo načrtovali in izdelali preprost merilnik ambientne svetlobe, s

katerim merimo vrednost prisotne svetlobe v prostoru. Izdelali smo elektronsko vezje ter

napisali ustrezno programsko kodo. Po naših začetnih meritvah smo ugotovili, da so

podatki pridobljeni z naše naprave podobni rezultatom podatkov pridobljenih iz

profesionalnega merilnika.

Merilnik deluje tako, da ga povežemo na računalnik ter se preko USB vodila na ekranu

izpisujejo podatki. Na računalniku moramo imeti nameščeno pravilno programsko opremo,

da lahko spremljamo rezultate meritev. Za poizkuse smo zajete podatke uvozili v Excel ter

izrisali razne grafe.

V prihodnje nas čaka, kako bi lahko svetloba vplivala na različne fotografije ter kako bi s

pomočjo naprave dobili boljšo kvaliteto slik oz., da bi z pomočjo naprave uravnavali

svetlobo na sliki.


32

8. LITERATURA [1] Microchip Tehnology Inc. (2011). dsPIC30F5011 Data Sheet. Pridobljeno iz

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/70116J.pdf

[2] Taos Inc. (2007). TSL2550 AMBIENT LIGHT SENSOR WITH SMBus

INTERFACE. Pridobljeno iz http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-

pdf/view/203053/TAOS/TSL2550D.html

[3] D. Gookin: C for Dummies, 2nd Edition, Wiley Publishing, Inc., Indianapolis, ZDA,

2004

[4] Robertson B. (2003). Controlling a Blacklight with the TSL2550 Ambient Light

Sensor. Pridobljeno iz

http://www.google.si/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCgQF

jAA&url=http%3A%2F%2Fwww.taosinc.com%2Fgetfile.aspx%3Ftype%3Dpress%2

6file%3Ddn7_als.pdf&ei=5YBPUJSOKoaB4gSu_IGYDg&usg=AFQjCNH4kInLrE7

XxME1PZERAY9k1TkewA&cad=rja

[5] Future Tehnology Devices International Ltd. (2012) FT232R USB UART IC.

Pridobljeno z

http://www.ftdichip.com/Support/Documents/DataSheets/ICs/DS_FT232R.pdf

[6] van der Aa E. (2012). Light measurement technique. Pridobljeno z

http://www.myphotoweb.com/Gossen/info/technique.htm

[7] Wikipedija. (2012). Svetloba. Pridobljeno iz http://sl.wikipedia.org/wiki/Svetloba

[8] Camerapedia. (2012) Light meter. Pridobljeno iz

http://camerapedia.wikia.com/wiki/Light_meter

[9] CadSoft. (2004). Manual Eagle 4.1. pridobljeno iz

ftp://ftp.cadsoft.de/eagle/program/4.16r2/manual-eng.pdf

[10] Microchip Tehnology Inc. (2009) PICkit 3 Programmer/Debugger User's Guide.

Pridobljeno iz

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PICkit_3_User_Guide_51795A.

pdf

[11] Wikipedia. (2012) Light. Pridobljeno iz http://en.wikipedia.org/wiki/Light

[12] Wikipedia. (2012) Lux. Pridobljeno iz http://en.wikipedia.org/wiki/Lux

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/70116J.pdf

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/203053/TAOS/TSL2550D.html

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/203053/TAOS/TSL2550D.html

http://www.google.si/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CCgQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.taosinc.com%2Fgetfile.aspx%3Ftype%3Dpress%26file%3Ddn7_als.pdf&ei=5YBPUJSOKoaB4gSu_IGYDg&usg=AFQjCNH4kInLrE7XxME1PZERAY9k1TkewA&cad=rja




http://www.ftdichip.com/Support/Documents/DataSheets/ICs/DS_FT232R.pdf

http://www.myphotoweb.com/Gossen/info/technique.htm

http://sl.wikipedia.org/wiki/Svetloba

http://camerapedia.wikia.com/wiki/Light_meter

ftp://ftp.cadsoft.de/eagle/program/4.16r2/manual-eng.pdf

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PICkit_3_User_Guide_51795A.pdf

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PICkit_3_User_Guide_51795A.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Light

http://en.wikipedia.org/wiki/Lux


33

[13] Microchip Tehnology Inc. (2007) MPLAB C30 C CMOPILER USER'S GUIDE.

Pridobljeno iz

http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/c30_users_guide_51284f.pdf

[14] Realmterm. (2010) Pridobljeno iz http://realterm.sourceforge.net/

[15] Engscope (2012). PIC24 Tutorial. Pridobljeno iz http://www.engscope.com/pic24-

tutorial/

[16] Microchip Tehnology Inc. (2012) Code examples. Pridobljeno iz

http://www.microchip.com/CodeExamplesByFunc.aspx

[17] Milivojenović Z., Šaponjić D.(2012) Programming dsPIC (Digital Signal Controllers)

in C. Pridobljeno iz http://www.mikroe.com/products/view/266/programming-dspic-

mcu-in-c/

[18] Tolmie S. (2009) Microchip PIC micros and C – source and sample code. Pridobljeno

iz http://www.microchipc.com/sourcecode/#i2c

[19] Kambrič B., Klanjšek Gunde M., Lovka M., Mati D., Šimec R.: Naravoslovje

enciklopedija znanosti, Slovenska knjiga d.o.o., Ljubljana, 2000

[20] Minolta (datum dostopa: 08.09.20121) Minolta Chroma Meter xy-1 instruction

manual. Pridobljeno iz

http://pages.uoregon.edu/baker/tools/instruction%20manuals/Minolta%20Chroma%20

Meter.pdf

http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/c30_users_guide_51284f.pdf

http://realterm.sourceforge.net/

http://www.engscope.com/pic24-tutorial/

http://www.engscope.com/pic24-tutorial/

http://www.microchip.com/CodeExamplesByFunc.aspx

http://www.mikroe.com/products/view/266/programming-dspic-mcu-in-c/

http://www.mikroe.com/products/view/266/programming-dspic-mcu-in-c/

http://www.microchipc.com/sourcecode/#i2c

http://pages.uoregon.edu/baker/tools/instruction%20manuals/Minolta%20Chroma%20Meter.pdf

http://pages.uoregon.edu/baker/tools/instruction%20manuals/Minolta%20Chroma%20Meter.pdf


34


35


36