Helligkeitsmessung über ADC

Raphael Leusmann, Maximilian Willers

21.12.2015

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Helligkeitsmessung über ADC

• Einführung• ADC• Photowiderstand• SPI allgemein• SPI in MCP3202• Exkurs: PID-Regler• Praktikum

Raphael Leusmann, Maximilian Willers 21.12.2015

Inhalt

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Einführung

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Einsatzgebiete

• Einsatzgebiete Photowiderstand:– Dämmerungsschalter– Belichtungsmesser in Kameras– Optokoppler, wenn keine schnelle Reaktion erforderlich

– Trägheit kann Netzrauschen herausfiltern– Da linear: spannungsgesteuerte Filter

• Einsatzgebiete Photodiode:– Empfangselemente für Lichtwellenleiter– CCD-Sensor (Kamera)

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ADC

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Flash decoder

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ADC

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2 Stage parallel conversion

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ADC

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Counter

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ADC

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Cyclic converter

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ADC

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Succesessive approx

• MCP3202

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Photowiderstand (LDR)

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Aufbau und Funktionsweise

• Isolierstoff (Keramik) + fotosensitives Halbleitermaterial + elektrische Anschlüsse (kammartig) + Anschlussdrähte + transparenter Kunstharz

• Halbleitermaterial:– Cadmiumsulfid/Cadmiumselenid– Etwa die gleiche Farbempfindlichkeitskurve wie Mensch– Licht ionisiert Störstelle, wirkt für einige ms wie Dotierung

Leitfähigkeit wird erhöht– Langsame Reaktion durch lange Zeit der Neutralisierung

• Parameter:– Dunkelwiderstand: nach einigen Sekunden typ. 1-100MOhm– Hellwiderstand: bei 1000lx typ 100-2000Ohm– Ansprechzeit: Zeit nach Einschalten von 1000lx, bis 65% des

spezifischen Stroms fließen, typ. 1-3ms– Spektralbereich: materialabhängig

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SPI

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Topology

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SPI

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Transfer

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SPI

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Modi

• CPOL = 0 Clock Idle Low• CPOL = 1 Clock Idle High

• CHPA = 0 erste Flanke• CHPA = 1 zweite Flanke

CPOL = 1 & CHPA = 0 werden die Signale bei der ersten fallenden Flanke übernommen

SPI Mode CPOL (Clock Polarity)

CPHA (Clock Phase)

0 0 0

1 0 1

2 1 0

3 1 1

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SPI

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Mode 2

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SPIBedeutung für den MCP3202

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SPIBedeutung für den MCP3202

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SPIBedeutung für den MCP3202

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Exkurs: PID-Regler

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Theorie und Implementierung

• Proportionalteil: Differenz Soll-/Istwert– Ständige Regelabweichung, da Regeldifferenz = Regelgröße

• Integralanteil: Regeldifferenz über die Zeit integriert– Präzise, aber langsam

• Differenzialanteil: Änderung der Regeldifferenz– Schnelle Regeldifferenzänderungen werden abgefangen

#include „PIDRegler.h“• newPIDRegler(double FAKTOR_P, double FAKTOR_I, double FAKTOR_D, int DELTA_T_I, int

DELTA_T_D, double T_period, int buffer_length)• getPIDValue• putNewMesswert(PIDRegler pidregler, double ist_wert, double soll_wert)

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Praktikum

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Aufbau

• Aufbau:– Spannungsteiler aus Photowiderstand und Festwiderstand– Photowiderstand in den Pull-Up-Pfad, da heller = höherer Wert

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Datasheet MCP3202

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Praktikum

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Aufgaben

• Aufgabe 1:– Schaltung nach Datenblatt stecken

• Aufgabe 2:– MCP3202-Klasse

– readValue(int channel)– readAverageValue(int channel)

• Aufgabe 3:– Lichtsensor-Klasse

– Hat MCP3202– calibrate: Bauteiltoleranz ausgleichen– getCorrectMeasurement, getCorrectDifference

– Lichtwerte/Differenz auf den LEDs ausgeben• Aufgabe 4 (opt.):

– PID-Regler importieren– Mit Istwert = Differenz, Sollwert = 0 spielen

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Quellen

• https://de.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface• https://www.youtube.com/watch?v=iqMiI9Zgxhk• https://de.wikipedia.org/wiki/Fotowiderstand• Prof. Glösekötter: Schaltungstechnik

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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