Из светодиодов. Светодиодная камера низкого разрешения: принцип работы и применение

Как можно использовать светодиоды в качестве фотодатчиков. Каков принцип работы светодиодной камеры низкого разрешения. Какие преимущества и недостатки имеет данная технология. Где может применяться подобная светодиодная камера.

Принцип работы светодиодов в режиме фотодатчиков

Светодиоды обычно используются для излучения света, но они также могут работать и в обратном режиме — как фотодатчики. Как это возможно? Рассмотрим основные принципы:

• При подаче обратного смещения светодиод заряжается как конденсатор
• При освещении возникает очень малый фототок, который разряжает емкость светодиода
• Чем выше освещенность, тем быстрее происходит разряд
• Измеряя время разряда, можно определить уровень освещенности

Таким образом, используя массив светодиодов, можно создать простейшую «камеру» очень низкого разрешения. Каждый светодиод при этом выступает в роли отдельного пикселя.

Преимущества и недостатки светодиодной камеры

Данная технология имеет ряд особенностей:

Преимущества:

• Простота реализации
• Низкая стоимость компонентов
• Возможность создания компактных устройств
• Низкое энергопотребление

Недостатки:

• Очень низкое разрешение (обычно до нескольких десятков пикселей)
• Низкая чувствительность
• Зависимость от внешнего освещения
• Ограниченный динамический диапазон

Несмотря на ограничения, в некоторых задачах такая технология может быть вполне применима. Рассмотрим возможные области использования.

Области применения светодиодной камеры низкого разрешения

Где может найти применение подобная технология?

• Простые датчики движения
• Системы обнаружения препятствий для роботов
• Умные выключатели освещения
• Простейшие системы машинного зрения
• Образовательные наборы для изучения основ оптоэлектроники

Хотя возможности таких камер ограничены, они могут быть полезны в ситуациях, где не требуется высокое качество изображения, а важна простота и низкая стоимость.

Практическая реализация на Arduino

Как можно реализовать светодиодную камеру на базе Arduino? Рассмотрим основные этапы:

1. Подключение светодиодов к цифровым пинам Arduino
2. Написание кода для измерения времени разряда каждого светодиода
3. Преобразование полученных данных в изображение низкого разрешения
4. Вывод результатов через последовательный порт или на дисплей

Для реализации потребуется плата Arduino, макетная плата, светодиоды и соединительные провода. Программный код будет измерять время разряда каждого светодиода и формировать из этих данных простейшее изображение.

Ограничения и проблемы светодиодной камеры

С какими сложностями можно столкнуться при создании такой камеры?

• Низкая чувствительность требует яркого внешнего освещения
• Разброс параметров светодиодов приводит к неравномерной чувствительности
• Влияние температуры на характеристики светодиодов
• Сложность фокусировки из-за большого размера «пикселей»
• Ограниченные возможности обработки изображения

Эти проблемы ограничивают применение технологии, но в некоторых задачах они могут быть не критичны.

Перспективы развития технологии

Какие улучшения возможны в будущем?

• Увеличение разрешения за счет применения микросветодиодов
• Использование многоцветных светодиодов для получения цветного изображения
• Применение специализированных микросхем для обработки сигналов
• Интеграция с технологиями машинного обучения для улучшения качества
• Создание гибридных систем, сочетающих светодиодные и традиционные камеры

Хотя светодиодные камеры вряд ли смогут конкурировать с традиционными в большинстве задач, они могут найти свою нишу в специализированных приложениях.

Сравнение с другими технологиями получения изображений

Как светодиодная камера соотносится с другими технологиями?

Параметр	Светодиодная камера	CCD-матрица	CMOS-матрица
Разрешение	Очень низкое (до 100 пикселей)	Высокое (миллионы пикселей)	Высокое (миллионы пикселей)
Чувствительность	Низкая	Высокая	Средняя
Стоимость	Очень низкая	Высокая	Средняя
Энергопотребление	Очень низкое	Среднее	Низкое
Сложность обработки	Низкая	Высокая	Средняя

Как видно из сравнения, светодиодная камера значительно уступает современным матрицам по большинству параметров, но может иметь преимущества в простоте и стоимости.

«Камера» из светодиодов / Хабр

В этой заметке речь пойдет о том, как массив светодиодов может быть использован в качестве «камеры» очень низкого разрешения (20 пикселей). Практического смысла в этом немного, но опыт применения светодиодов в качестве фотодатчиков может оказаться для кого-то полезным. В работе используется плата Arduino Blinkenlight Shield, изначально предназначенная для демонстрации световых эффектов.

Я упоминал о возможности подключения катодов всех светодиодов к шине +5 вольт. Сейчас расскажу, для чего эта возможность сделана [прим. перев.: автор статьи является разработчиком описанного шилда]. Этот эксперимент показывает, как превратить светодиоды в датчики освещенности. Так как Blinkenlight Shield содержит 20 светодиодов, его можно использовать как 20-пиксельную «камеру».

Прежде всего, нужно соединить перемычкой катоды светодиодов с +5 В. Не бойтесь, это им никак не повредит. Если светодиоды погасли — отлично, так и должно быть. Только не забудьте вернуть перемычку в исходное положение по окончании эксперимента.

Теперь светодиоды будут работать как фотодиоды. Так как они предназначены для излучения света, фотоприемники из них получатся неважные, фототок будет очень мал. Кроме того, число аналоговых выводов контроллера обычно ограничено, в то время как цифровых гораздо больше. То, что цифровые КМОП-входы имеют очень высокое сопротивление, дает нам другой путь снятия сигнала со светодиодов, который мы сейчас рассмотрим. Идея заключается в обратном смещении светодиода путем вывода на порт логического «0». В этом режиме светодиод не проводит ток и ведет себя как конденсатор. Когда он зарядится, мы переключаем вывод в Z-состояние, и наблюдаем, что произойдет. Если диод освещен, возникает очень малый фототок, который будет разряжать емкость. Чем выше освещенность, тем больше сила тока, и тем быстрее происходит разряд. В определенный момент времени вход зафиксирует переход из состояния «0» в «1». Измерение времени, прошедшего до момента этого перехода, даст возможность определить освещенность.

Если вы хотите детальнее разобраться в описанных явлениях, можете прочитать эту работу: www.merl.com/papers/docs/TR2003-35.pdf
Полный исходный код приведен здесь или здесь.

Функция setup() пробегает по всем выводам и устананаливает каждый в состояние «0». Также функция инициализирует массивы для хранения отсчетов времени. После этого выводы переключаются в режим входа. Так как прежде на них выводился «0», подтягивающие резисторы будут отключены

[прим. перев.: в AVR один и тот же регистр PORTn отвечает в режиме вывода за выводимое значение, а в режиме ввода — за включение подтягивающих резисторов]. Теперь выводы находятся в Z-состоянии. Обратите внимание, что некоторые контакты исключены, они использованы в Arduino для подключения последовательного порта и индикаторного светодиода. Если на вашей плате можно отключить эти выводы от дополнительной нагрузки, можно использовать и их. В таком случае просто сделайте так, чтобы функция pin_is_ok() всегда возвращала истину. Перед тем, как отключать последовательный порт, задумайтесь, как вы будете переносить данные на компьютер.

Основной цикл программы выполняет следующее: для каждого светодиода отмечается переход от низкого уровня к высокому. Если это случилось, на светодиод снова подается 0 В, и вычисляется время с момента последнего перехода. Затем вывод снова переводится в Z-состояние. Здесь я явным образом опираюсь на то, что команда

pinMode() выполняется довольно медленно, а значит у светодиода будет несколько тактов на заряд емкости.

После того, как все светодиоды обработаны, результат пересылается через последовательный порт. Вы можете задаться вопросом о функции преобразования. В теории и на практике он может быть опущен. Я просто представил результат в виде карты освещенности в виде одной строки. Поэтому я могу использовать монитор последовательного порта для визуализации выходных данных этой установки.

Это видео показывает «камеру» в действии. При написании прошивки я не учел, что Arduino будет располагаться «вверх ногами», USB-портом слева, поэтому данные на мониторе отображаются в обратном порядке. Тем не менее, работа фотодатчиков хорошо видна.

Поделки из светодиодов своими руками: схемы с описанием

Главная » Светодиоды

Самоделки 0

Узнай, как выпаять светодиод из светодиодной лампы или ленты

Светодиодные лампы могут периодически выходить из строя из-за перегорания светодиодов, установленных на плате внутри.

Самоделки 0

Как собрать светодиодную ленту своими руками

В настоящее время рынок предлагает множество готовых моделей светодиодных лент. Но в случае необходимости

Самоделки 1

Как сделать индикатор напряжения на светодиодах для сети 220В

Светодиоды давно применяется в любой технике из-за своего малого потребления, компактности и высокой надежности

Самоделки 0

Как плавно включить и выключить светодиод, популярные схемы розжига

В некоторых случаях требуется реализовать схему плавного включения или выключения светодиода (LED).

Особенно востребовано

Самоделки 12

Как сделать мигающий светодиод

Мигающие светодиоды часто применяют в различных сигнальных цепях. В продаже довольно давно появились светодиоды

Самоделки 3

Как сделать цветомузыку на светодиодах

Чтобы собрать цветомузыку на светодиодах своими руками необходимо обладать базовыми знаниями электроники, уметь читать

Некоторые читатели нашего сайта раз от раза задавали нам вопросы вида — подскажите, пожалуйста, какие поделки из светодиодов (led) можно сделать своими руками, расскажите про популярные led самоделки и т.д. Мы долгое время считали, что это ни к чему, однако количество вопросов со временем только увеличивалось, поэтому все же решили создать отдельную категорию и описать в ней самые популярные поделки из led.

Светодиод — это не только источник света, но еще и отличная заготовка для самодельных устройств. Раз Вы оказались на этой странице, значит Вас интересует какие самоделки из светодиодов можно сделать своими руками.

В рубрике мы постарались собрать все самые распространенные схемы с подробным описанием и пошаговыми алгоритмом для изготовления поделок своими руками.

Для изготовления лучше все-таки обладать базовыми знаниями в электронике, так Вы быстрее будете читать схемы поделок и лучше их понимать. Уметь паять не совсем обязательно, некоторые простые самоделки можно собирать на обычные клемники или просто скручивая контакты. Для изготовления сложных поделок на светодиодах: светодиодная лампа, стробоскоп, вольтметр, пробник, придется научиться паять и хорошо понимать схемы самоделок.

Для тех, кто только делает свои первые шаги в разработке самодельных led — устройств, рекомендуем приобрести готовый конструктор со светодиодами в магазине. Такие конструкторы, благодаря своему разнообразию комплектации и наличии готовых схем, позволяют сделать своими руками не одну готовую поделку. Очень полезная вещь, ну а тем, кто уверен в своих силах предлагаем начать с мигающего светодиода.

Опасности синего света светодиодов

Марина Кондакова, к. т.н. – Директор отдела рецептур устройств, OLEDWorks

Загрузить в формате PDF

Опасности синего света

Отчет Французского агентства по пищевым продуктам, окружающей среде и охране труда и здоровья (ANSES) о «воздействии на здоровье человека и окружающую среду ( фауна и флора) систем, использующих светоизлучающие диоды (СИД)», рекомендует ограничить воздействие насыщенного синим белого света от светодиодов по многим причинам.

Яркий синий свет причиняет боль всем, кто может его видеть, независимо от их близости к источнику. Небольшой точечный, высокоинтенсивный, насыщенный синим цветом свет, такой как светодиоды, может отражаться от поверхностей (например, стола или столешницы) и достигать глаз. Светодиодные лампы содержат больше синего цвета по сравнению с другими искусственными источниками света, а фотобиологический риск еще выше при использовании холодного белого света. Холодно-белые лампы содержат особенно много синего, имеют высокую цветовую температуру (например, 6000 К и выше) и часто используются в торговых помещениях.

Воздействие синего света на зрение

В отчете ANSES показано, что воздействие синего света может привести к необратимому повреждению сетчатки. Светоиндуцированное повреждение сетчатки может возникнуть в результате просмотра либо очень яркого света в течение короткого времени (острое воздействие), либо менее яркого света в течение более длительного времени (развитие возрастной дегенерации желтого пятна — AMD).

• ВМД является основной причиной потери зрения в США
• AMD в настоящее время приводит к прогрессирующей слепоте более чем у 35% людей старше 75 лет.

Нарушение наших биологических часов

В отчете ANSES показано, что у людей, подвергающихся воздействию синего света от освещения и экранов, выработка мелатонина значительно снижена. Это нарушение циркадного цикла негативно влияет на нашу физиологию и поведение. В отчете ANSES предполагается, что подавление мелатонина в ночное время связано с развитием серьезных заболеваний, таких как диабет, рак молочной железы и сердечно-сосудистые заболевания.

Риски для детей

Синий свет особенно вреден для глаз детей, потому что он не фильтруется, как в глазах взрослых.

• Дети рождаются с полностью прозрачным хрусталиком глаза, который с возрастом начинает мутнеть – пик зрительных функций достигается только к 20 годам.
• Благодаря этой прозрачной линзе почти 100% вредного синего света, присутствующего в большинстве искусственных источников света, достигает сетчатки детей.

Другие особо восприимчивые группы:

• Младенцы, дети младшего возраста и подростки
• Пожилые люди
• Беременные женщины
• Ночные работники
• Люди с глазными заболеваниями
• Люди с искусственными хрусталиками

Светодиоды вызывают мигрень, усталость глаз и многое другое

Светодиоды представляют собой точечные источники высокой мощности, излучающие интенсивные плотные лучи света. Из-за своего небольшого размера и высокой яркости светодиоды производят больше бликов, чем свет, излучаемый другими технологиями.

Будучи мощным источником света, светодиоды очень реагируют на колебания тока, что воспринимается человеческим глазом как мерцание. Это мерцание вызывает мигрени, головные боли, усталость глаз и риск несчастных случаев. Некоторые частоты мерцания вы даже не можете видеть, но ваши рецепторы их ощущают, что приводит к тем же негативным последствиям.

Известные эффекты мерцания:

• Неврологические проблемы, включая эпилептический припадок
• Головные боли, тошнота, утомляемость, нечеткость зрения, напряжение глаз
• Видимое замедление или остановка движения
• Снижение производительности зрительных задач
• Отвлечение
• Проблемы со зрением у аутистов

OLED-свет: здоровый свет для нашего благополучия

OLED-свет содержит «хороший синий»: более длинные волны синего цвета, которые безопаснее для наших глаз, чем высокие синие пики, характерные для светодиодного освещения. Он обеспечивает то же количество света, что и светодиод, в превосходном качестве и со значительно менее опасным синим светом. Подтвержденные стандартом IEC по физиологическому риску синего и инфракрасного света — наши OLED не представляют опасности для кожи и глаз и классифицируются как освобожденные от всех фотобиологических рисков. Одним из преимуществ OLED-освещения является то, что это естественный рассеянный источник света, что означает, что он излучает свет со всей площади поверхности, а не из одной или нескольких точек. Это обеспечивает мягкую яркость и отсутствие бликов для людей, что делает его более безопасным и удобным решением, чем светодиодное. Исследования показали, что OLED-освещение по сравнению со светодиодными стандартами приводит к меньшей утомляемости глаз.

Запретите шум от светодиодов — блог 1000Bulbs.com

Что это за звук? Бззз. Бззз. Мы все это слышали. Он исходит от светильника? Лампочки? Почему да, я думаю, что это так!

Не ведитесь на шумиху. Хотя все лампочки могут издавать этот отвлекающий звук, особенно когда они затемнены, это чаще встречается при использовании светодиодных лампочек. Этот гудящий или жужжащий звук в светодиодных лампах обычно указывает на то, что лампы используют частоту 120 герц, уровень напряжения, который может вызвать вибрацию или колебания компонентов в лампе. Если звук представляет собой пронзительный свист или писк, он может быть вызван импульсным источником питания, который переключает частоту в килогерцовом диапазоне. Хотя жужжание может раздражать, оно, как правило, не влияет на срок службы вашей светодиодной лампы. Иногда это также может означать, что срок службы светодиодной лампы подходит к концу или даже что она неисправна. Тем не менее, есть еще кое-что, что нужно проверить перед заменой.

Жужжащий звук светодиодных лампочек может быть результатом электромагнитных помех от близлежащих приборов, таких как микроволновая печь. Если звук возникает только во время работы микроволновой печи, к сожалению, вы мало что можете с этим поделать. Но если звук возникает, когда свет подключен к диммеру, убедитесь, что вы используете правильный диммер. Не все диммируемые светодиодные лампы совместимы со всеми светодиодными диммерами. Чтобы убедиться, что ваши лампы и элементы управления диммером совместимы, проверьте спецификацию производителя лампы или таблицу совместимости диммера, доступные на страницах продуктов 1000Bulbs.com. Использование правильного диммера может не только предотвратить шум, но и продлить срок службы ваших светодиодных ламп. Имейте в виду, что конкретная информация о совместимости диммера всегда будет связана с лампочками, а не с диммером.

Если вы используете светодиоды с отдельным драйвером, гудение может происходить из-за неправильного драйвера. Убедитесь, что у вас есть правильный драйвер для вашего светодиода, и замените его, если он несовместим. Кроме того, подумайте о замене драйвера, если это было давно.

Согласованность наилучшая в светильниках с несколькими светодиодными лампами, поэтому используйте одну и ту же марку и мощность в каждом светильнике — и не смешивайте светодиоды с лампами накаливания. Проверьте общую потребляемую мощность прибора, чтобы убедиться, что вы не превышаете максимальный диапазон для схемы.

Незатянутые винты или лампочки в светильниках также могут вызывать множество шумов. К счастью, это легко исправить; просто проверьте опоры на светильнике и безопасность лампы в патроне. Затяните все, и вы можете спать спокойно!

Есть одна, чуть более опасная причина, по которой ваши светодиодные лампочки могут гудеть. Возможно короткое замыкание в линии. Если вы считаете, что проблема может заключаться в этом, обратитесь за помощью к профессиональному электрику.

В светодиодных технологиях постоянно происходят инновации. Новые высокопроизводительные лампы разработаны для более тихой работы, более высокой эффективности и улучшенной светопередачи. Если вашим светодиодам уже больше нескольких лет, ознакомьтесь с новинками, в том числе с продуктами Cree и Sylvania.

Вас беспокоят лампы накаливания или люминесцентные лампы?

Если гудят лампы накаливания, проверьте максимальную мощность светильника.