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
Raphael Leusmann, Maximilian Willers 21.12.2015
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
Prof. Glösekötter: ADC09-Converter.pdf
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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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