受光＆発光（1個のLED）

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====== 受光＆発光（1個のLED） ======

===== 概要 =====
発光ダイオード（LED：Light Emitting Diode）は、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子です。
その逆に、このLEDに光を当てると電圧が発生するという現象があるようです。

この現象を利用して、1本のLEDのみで、
  - 明るさを検出し、
  - 周りが暗くなると点灯、
  - 明るくなると消灯する。
ユニットを作成してみました。

先ずは、この現象を確認してみました。（回路図A）
オペアンプは単純に高インピーダンスのバッファーとして動作するだけです。（ボルテージフォロア）LEDによって出力電圧に若干のばらつきがありますが、無負荷状態ではそこそこの電圧が出ています。
これなら利用できそうです。

＜一般的なLED＞
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-172037.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-172045.png}}

＜大き目のLED＞
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-172106.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-172110.png}}

＜一般的な赤色LED＞
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-172129.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-172133.png}}

＜赤外線発光LED＞
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-172154.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-172159.png}}

===== 動作原理 =====
■LEDの出力電圧を取り込む方法
  * LEDが接続されているPICのポートを入力モードに設定する。
  * LEDの出力電圧を高インピーダンスのオペアンプでインピーダンス変換する。
  * 電圧が安定するまで、少しスリープ（約50msec）する。
  * A/D変換を1msec間隔で50回取り込み、その平均電圧を求める。
■LEDの点灯／消灯方法
  * LEDが接続されているPICのポートを出力モードに設定する。
  * 点灯（ポートを“1”にする）、消灯（ポートを“0”にする）
■処理の流れ
  - スイッチが押されると、明るさを判断するための基準電圧（LEDの出力電圧）V1を取り込む。
  - 現時点の明るさの電圧（LEDの出力電圧）V2を取り込む。
  - V1とV2を比較し、V2が小さければLEDを点灯させる。
  - 1.に戻る。

===== 回路図 =====
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-172541.png}}

===== ソースコード =====
<code c ledEx.c>
//********************************************************************** 

void main()
{
	unsigned	int		ad, threshold;
	unsigned	char	cnt;
	OSCCON = 0b01110000;	// クロックは8Mhz 
	CMCON0 = 0b00000111;	// コンパレータは使用しない。 
	ANSEL  = 0b00000010;	// AN1を使用する。 
	TRISIO = 0b00000011;
	GPIO   = 0b00000000;
//	OPTION_REG = 0b10000000;
//	WPU.F1 = 1;
	//
	while (1) {
		if (GPIO.F0 == 0) {
			TRISIO.F2 = 1;
			Delay_ms(50);
			threshold = 0;
			for (cnt = 0; cnt < 50; cnt++) {
				Delay_ms(1);
				threshold += Adc_Read(1);
			}
			threshold = threshold / 50;
			TRISIO.F2 = 0;
			continue;
		}
		//
		TRISIO.F2 = 1;
		Delay_ms(50);
		ad = 0;
		for (cnt = 0; cnt < 50; cnt++) {
			Delay_ms(1);
			ad += Adc_Read(1);
		}
		ad = ad / 50;
		TRISIO.F2 = 0;
		//
		if (ad <= threshold) {
			GPIO.F2 = 1;
		} else {
			GPIO.F2 = 0;
		}
		Delay_ms(1000);
	}
}

//**********************************************************************
</code>

===== 動作確認 =====
周りが明るくなると､LEDは消灯状態になります｡
左の黄色いスイッチが､基準電圧の取り込みスイッチです｡
中央のICがPIC､その右横のICがオペアンプです｡
右の透明なLEDが受光&発光を行わせるLEDです｡
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-172746.png?500}}

その時の、LEDの電圧の波形です。
消灯状態なので、通常は0Vです。
LEDの電圧を取り込む瞬間(約100msec)だけ、ポートを入力モードにするので、LEDが発電した電圧を
A/D変換で読み込むことが出来ます。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-175117.png?500}}

周りが暗くなると、LEDは点灯状態になります。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-175137.png?500}}

その時の、LEDの電圧の波形です。
点灯状態なので、通常は約2Vです。
LEDの電圧を取り込む瞬間(約100msec)だけ、ポートを入力モードにするので、LEDが発電した電圧を
A/D変換で読み込むことが出来ます。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200428-175222.png?500}}

如何ですか?
1本のLEDだけで、受光と発光が出来るので部品点数が少なくて済みますね。^_^

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