Lichtsensoren: Eigenschaften, Einsatzbereiche & Arduino-Integration

Lichtsensor

Bildquelle: Flickr

Möchten Sie die relative Entfernung zu Ihrer Lichtquelle bestimmen? Oder benötigen Sie ein effizientes Gerät zur Messung der Helligkeit Ihrer Lichtquelle? Dann brauchen Sie einen Lichtsensor (Light Intensity Sensor).

Was ist das? Wie funktioniert er? Keine Sorge – dieser Artikel erklärt das Gerät detailliert mit Features, Anwendungen und mehr.

Was ist ein Lichtsensor?

Der Lichtsensor funktioniert ähnlich wie ein Tachometer – nur misst er Licht. Licht ist jedoch nicht geradlinig. Der Sensor misst die Lichtintensität basierend auf der Größe des Kollektors. Beispiele für Kollektoren: Solar-Handyladegeräte, Solaranlagen auf Deponien etc.

Wichtig ist, die Einheiten zu kennen, in denen der Lichtsensor misst.

Einheiten des Lichtsensors

Lumen

Misst den gesamten Lichtstrom einer Glühbirne. Ein Lumen ist das Produkt aus Lichtstärke (Candela) und dem Raumwinkel, den der Strahl ausfüllt (Steradiant).

Beispiel: Eine Birne mit 20 Candela Lichtstärke, die in alle Richtungen strahlt (4π Steradiant), erzeugt 251 Lumen Lichtstrom – unabhängig von Konzentration oder Reflexion.

Candela

Zeigt die vom menschlichen Auge wahrgenommene Lichtstärke. Basiert auf der SI-Formel zur Wellenlängenmessung im Strahl, gewichtet mit der Empfindlichkeit des Auges.

Candela eignet sich nicht ideal zum Vergleich von Taschenlampen und Glühbirnen. Die Strahlintensität hängt von Ausgangskonzentration und Birnenoutput ab – für die genaue Messung des Birnenoutputs benötigen Sie Lumen.

Lux

Misst den Lichtstrom pro Flächeneinheit. 1 Lux = 1 Lumen pro Quadratmeter. Nützlich zur Messung der auf eine Fläche treffenden Lichtintensität – also die Gesamtmenge an Licht, die eine bestimmte Oberfläche trifft.

Wie funktionieren Lichtsensoren?

Lichtsensoren messen die Beleuchtungsstärke mittels verschiedener Bauelemente:

Fotowiderstand (Photoresistor / LDR)

Ändert seinen Widerstand bei veränderter Lichthelligkeit. Ermöglicht Erkennung von Licht an/aus oder Vergleich von Lichtniveaus. Spielt eine zentrale Rolle im Lichtsensor.

Fotodiode (Photodiode)

Nutzt den inneren photoelektrischen Effekt: Licht löst Elektronen aus, es fließt elektrischer Strom. Den Strom misst man für die Beleuchtungsstärke. Ein Beispiel: Solarzellen funktionieren als Fotodiode-Lichtsensoren.

Fototransistor (Phototransistor)

Funktioniert wie Fotodiode mit Verstärkung. Höhere Lichtempfindlichkeit, aber weniger geeignet für Schwachlichtdetektion als Fotodioden.

Eigenschaften eines Lichtsensors

• Exzellente Stabilität
• Ausgangsschnittstellen: Spannung und RS485
• Weiter Messbereich
• IP66-Schutzart
• Integrierter TVS/ESD-Schutz

Anwendungen des Lichtsensors

1. Sicherheit

Sensoren kombiniert mit Lasern erzeugen unsichtbare Strahlen als Sicherheitsbarrieren.

2. Automobil

In modernen Autos schalten Sensoren das Abblendlicht automatisch ein.

3. Unterhaltungselektronik

Lichtsensoren erhöhen die Bildschirmhelligkeit von Smartphones in dunklen Umgebungen.

4. Straßenbeleuchtung

Nachts aktivieren Sensoren in Laternen das Licht bei vorbeigehenden Fußgängern oder Fahrzeugen.

5. Medizin

Lichtsensoren in Pulsoximetrie und Herzmonitoren.

6. Gartenbau

Sensoren steuern Bewässerungssysteme: Erkennen Sonnenlicht und aktivieren Sprinkler – halten Bäume und Pflanzen hydriert.

7. Solar

Sensoren erkennen Sonnenstrahlen und richten Solarpaneele optimal aus für maximale Energieausbeute.

Lichtsensor mit Arduino bauen

Kombinieren Sie den Arduino-Analogeingang mit einem Fotowiderstand. Nutzen Sie analogRead(), um Werte zu lesen. Programmieren Sie Pin 3 LOW/HIGH, um LEDs aus-/einzuschalten.

Der typische Schwellenwert beim Arduino ist 150. Unter 150 schaltet der Arduino LEDs aus, über 150 ein.

Benötigte Werkzeuge für Arduino-LED-Setup

• 2× LED

• 1× 1-kΩ-Widerstand

• 2× 470-Ω-Widerstände
• 1× Arduino Board

• Jumper-Wires

• 1× Breadboard

• 1× Fotowiderstand (LDR)

Fotowiderstand zur Lichtintensitätsmessung

Verdrahtung in 8 Schritten

Arduino Lichtsensor-Schaltplan

Bildquelle: Arduino.cc

1. Erstes LDR-Terminal an 5 V, zweites über 1-kΩ-Widerstand an GND.
2. Analog-Pin A1 an Jumper-Kabel, anderes Ende an den nicht geerdeten Anschluss des 1-kΩ-Widerstands.
3. LEDs über 470-Ω-Widerstände anschließen – negative Pole erden (wie im Diagramm).
4. LED-Pluspole mit Pin 3 über zweiten 470-Ω-Widerstand verbinden.
5. Arduino GND-Pin an geerdete Terminals anschließen.
6. Arduino per USB-Kabel verbinden.
7. Programm über Arduino IDE aufspielen.
8. Arduino über USB oder Batterie mit Strom versorgen.

Testen des Arduino-Lichtsensors

Verdunkeln Sie den Raum (LEDs funktionieren nicht bei hellem Licht). Decken Sie den Fotowiderstand mit der Hand ab – LED sollte leuchten. Aufdecken – LED sollte ausgehen.

Arduino-Code für das Projekt:

Arduino Code

Bildquelle: Arduino.cc

Zusammenfassung

Mit den detaillierten Informationen in diesem Artikel über Lichtsensoren verfügen Sie über umfassendes Wissen zum Thema. Sie können die Schritte und Werkzeuge nutzen, um Ihren eigenen Arduino-Lichtsensor zu bauen.

Haben Sie noch Schwierigkeiten beim Aufbau? Wir helfen gerne – kontaktieren Sie uns!