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Servus Zusammen,

ich möchte gerne die Lichtstärke (Helligkeit) messen und hab mir dazu nach einigen Recherchen eine Schaltung ausgesucht die ich (hoffentlich) mit Bauteilen realsieren kann, die ich schon da habe.


Photodiode BPW34 hätte ich da, Widerstände und KerKos sollten auch nicht das Problem sein. Nur welchen OpAmp verwende ich da am besten? Ich habe nur +12V, +5V und 0V für die Versorgung zur Verfügung. Die OPAs die ich da habe sind:
* LM741CN
* LM324
* LM358N
* TCA520B
* TLC227IP
* TL071IP

Wäre da einer geeignet? Und nach welchen Kriterien dimensioniere ich dann Rf und Cf? Ich will so ungefähr abschätzen können ob es ein Sonniger oder eher diesiger (bewölkt/nebelig) Tag ist. Das muss nicht super-genau sein, ein Schätzeisen sollte vorerst reichen.

So nebenbei, was wäre denn ein general purpose OPA den man unbedingt in der Bastelkiste vorrätig haben sollte?

Hintergrund für das Ganze ist, dass ich grad an meiner Zeitschaltuhr für die Pflanzleuchte bastel. Die nötigsten Features sind schon umgesetzt (gelötet und gecoded), nur hätte ich gerne noch ein paar Erweiterungen. Eine davon ist, dass sich die LEDs bei genügend Sonnenlicht nicht einschalten sollen. Zumindest ab dem Zeitpunkt wo die Pflanzen nicht mehr im Mini-Gewächshaus stehen, sondern auf der Fensterbank. Die LED-Panels werden dann mit ausreichend Abstand über den Pflanzen hängen (also ohne die Pflanzen zu beschatten).

Gruß
Bastelix

» An der Lampe hätte ich mit 100Hz gerechnet. Unser 50Hz-Netz erreicht 100
» mal pro Sekunde den Wert 0 und genau so oft das Maximum.
Ach Mist, ich glaub ich hab Mist gemessen. Die Positive Halbwelle macht den Glühfaden hell, dann wird er dunkel (Nulldurchgang) und dann wieder hell, auch wenn sich das Vorzeichen der Spannung gedreht hat. Also müssten die negativen Halbwellen hochgeklappt werden. Es gibt ja keine negative Helligkeit...

Habs heute nochmal nachgemessen, Oszi ist so angeklemmt wie das Voltmeter, Masse am C1





Wenn der Sinus verschwindet sobald ich die Diode abdunkle kann ich mir das nur so erklären, dass ich mir eine (Funk)-Störung vom Netz einfange und die zeigt sich auf dem eigentlichen Signal der Diode.

LED-Taschenlampe sieht schon besser aus:

Wobei die Frequenz schwankt wenn ich die Taschenlampe in unterschiedlichen winkeln auf die Diode richte. Das kann am Frequenzzähler im Oszi liegen oder auch an weiteren Störungen in der Schaltung oder an beidem.

Solle aber für meinen Einsatzzweck jetzt kein Problem sein, so schnell wie ein Oszi ist der 10Bit ADC von meinem ATMega vermutlich nicht. Nur verstehen würde ich das trotzdem gerne

» Hallo,
»
» ich hab mir nochmal ein paar Gedanken über die Solarzelle als
» Helligkeitssensor gemacht. Eigentlich müsste das ja über den fließenden
» Strom funktionieren. Also wenn der Maximal-Strom der Solarzelle bekannt ist
» könnte man damit so grob die aktuelle Lichtstärke abschätzen. Was den
» Ansatz noch versauen könnte ist der Laderegler für den Akku, von dem ich
» (noch) nicht weiß was der genau macht wenn der Akku voll ist, etc. Aber so
» mal als Idee die man vielleicht mal in ein Experiment überführen könnte
» würde das doch taugen, oder?

Ein passender Stromwandler ist aufwändiger und teurer als die zusätzliche Fotodiode.

» So, hab das heute mal aufgebaut und etwas gemessen. Funktioniert schon mal
» super. Schwingen konnte ich keines feststellen (soweit ich das Beurteilen
» kann ).
» Am Oszi sehe ich einen 50Hz Sinus wenn ich als Lichtquelle die
» Schreibtischleuchte (12V AC Halogenlampe) verwende und ca. 250Hz mit ein
» paar Nadelspitzen wenn ich meine LED-Taschenlampe im gedimmten Moduls (PWM)
» drauf halte. Bei Dunkelheit wird dann eine relativ glatte Linie angezeigt.

An der Lampe hätte ich mit 100Hz gerechnet. Unser 50Hz-Netz erreicht 100 mal pro Sekunde den Wert 0 und genau so oft das Maximum.

Hallo,

ich hab mir nochmal ein paar Gedanken über die Solarzelle als Helligkeitssensor gemacht. Eigentlich müsste das ja über den fließenden Strom funktionieren. Also wenn der Maximal-Strom der Solarzelle bekannt ist könnte man damit so grob die aktuelle Lichtstärke abschätzen. Was den Ansatz noch versauen könnte ist der Laderegler für den Akku, von dem ich (noch) nicht weiß was der genau macht wenn der Akku voll ist, etc. Aber so mal als Idee die man vielleicht mal in ein Experiment überführen könnte würde das doch taugen, oder?

So, hab das heute mal aufgebaut und etwas gemessen. Funktioniert schon mal super. Schwingen konnte ich keines feststellen (soweit ich das Beurteilen kann ).
Am Oszi sehe ich einen 50Hz Sinus wenn ich als Lichtquelle die Schreibtischleuchte (12V AC Halogenlampe) verwende und ca. 250Hz mit ein paar Nadelspitzen wenn ich meine LED-Taschenlampe im gedimmten Moduls (PWM) drauf halte. Bei Dunkelheit wird dann eine relativ glatte Linie angezeigt. Soweit ich das beurteilen kann halten sich mögliche Störungen sehr in Grenzen.
Wenn ich mit dem Virtuellen GND als Masse am Oszi oder als Minus am DMM messe komme ich auf ca. -0,18V bei abgedeckter Photodiode. Habe ich da noch irgendwo einen Fehler im Aufbau oder ist das (wegen Exemplarstreuung, Bauteiltoleranzen) noch OK?

Ich hab den LM741N für die Versorgungsspannung V+ auf +12V gelegt und V- auf GND (0V). Das sollte doch passen, wenn die Photodiode den virtuellen GND verwendet, oder?

Was mir da heute erst aufgefallen ist: Wenn ich den Messwert mit einem µC auswerten will und der µC die 5V von den 12V via Spannungsregler mit gemeinsamen GND bekommt muss ich da noch etwas mehr Aufwand betreiben. Hab mal versucht die Versorgungsspannung für den LM741N auf 5V zu reduzieren aber das scheint mit dem virtuellen GND nicht mehr zu funktionieren.

So spontan fallen mir da vier Optionen ein:
* 12V Versorgung für den Sensor galvanisch trennen (DC/DC-Wandler?)
* Spannungsteiler für OPV-Ausgang zum µC-Analogeingang (vermutlich nicht so gut, weil dadurch die Auflösung der Messwerte leidet)
* OPV-Ausgang galvanisch vom µC-Eingang trennen (geht das mit einem Optokoppler?)
* Anderen OPV, der asymmetrisch versorgt werden kann und noch mit 5V arbeitet

So oder so, hatte auf jeden Fall Spaß beim Basteln und ein bisschen was gelernt

Hello again

» Wenn ich das richtig sehe, willst Du Deine Installation rund um (und quer
» durch) das Gewächshaus ja mit Solarstrom eigener Erzeugung betreiben.
Für diesen Sensor erstmal nicht. Das große Gewächshaus möchte ich schon mit Solarstrom betreiben. Aber das wird nicht beleuchtet und, bis auf Frostwächter, der im Notfall zum Einsatz kommt, auch nicht beheizt. Mach bei der Bauart keinen Sinn. Das Gewächshaus ist einfach verglast, also zu schlecht isoliert für den beheizten Betrieb in den kalten Monaten.

Ich habe Mini-Gewächshäuser (Zimmer-Gewächshaus) für die Voranzucht in der Wohnung und dafür ist die Beleuchtung mit Zeitschaltuhr und der Lichtsensor gedacht. Das wird dann auch über ein Netzteil versorgt.
Im Moment habe ich einen Testaufbau mit dem selbstgebauten LED-Paneel auf einem Micro-Zimmergewächshaus; einfach eine transparente Plastikbox 180x140x90mm. Ich experimentiere grad mit Lüfter in der Box und Abstand zwischen Box und LED-Paneel. Irgendwann werden die LEDs höher hängen müssen und der Lüfter bringt dann auch nichts mehr (weder zur Kühlung noch für die Luftbewegung der Pflanzen). Da möchte ich dann die LEDs nicht nur Zeitgesteuert einschalten, sondern auch abhängig vom verfügbaren Tageslicht.

Meinen aktuellen Testpflanzen, Bassilikum und Rocoto Chili, geht es soweit gut. Nur der Basilikum leidet im Moment etwas unter dem Bewässerungs-Experiment. Richtig los geht es frühestens in einer Woche, also Mitte Februar, und für die Aussaht ist noch keine Beleuchtungsautomatisierung nötig.

» Würde
» es da nicht nahe liegen, der Solaranlage die Infos über die
» Sonnenlichteinstrahlung zu entlocken?
Für das Garten-Gewächshaus ist das ein interessanter Ansatz. Da ist zwar im Moment keine Pflanzleuchte geplant, aber ich hab ja schon erwähnt, dass ich ein Mess-Freak bin

» Auch wenn ein Solarpanel wahrscheinlich ein ganz anderes
» Verhalten als eine für Messzwecke gebaute Photozelle hat - das sollte doch
» irgendwie gehen???
Denke schon. Nach dem was ich gelesen habe kann man eine Photodiode auch als Solarzelle betreiben [1] und als Sensor verwenden. Dann müsste man auch eine Solarzelle analog verwenden können, ggf. mit etwas mehr Aufwand weil die ja primär nicht als Sensor arbeiten, sondern den Strom für den Akku liefern, soll. Die LED-Solar-Lampen verwenden ja auch die Solarzelle als Helligkeitssensor um zu entscheiden wann sie die LED einschalten.

[1] https://www.electronicshub.org/light-sensors/#Photodiode

Hallo,

» grundsätzlich würde ich mir überlegen, ob ich eine Photodiode oder einen
» Photowiderstand (LDR) einsetzen würde. Für Meßzwecke ist die Photodiode oft
» besser geeignet, benötigt halt nur etwas mehr Schaltungsaufwand
Mit LDR habe ich schon vor einiger Zeit experimentiert. Also relativ einfach mit Spannungsteiler und µC zum Auswerten der geteilten Spannung. Für einen einfachen Schwellenwertschalter funktioniert das recht gut. Ich hatte aber Probleme mit dem Messbereich bei extremen Helligkeitsschwankungen (absolut Dunkel bis Mittagssonne im Hochsommer). Ist für einen Schwellenwertschalter nicht wirklich relevant aber ich bin halt auch ein Mess-Freak. Ich will die Messwerte auch aufzeichnen und im Nachhinein auswerten.

Einen sehr einfachen Aufbau könnte ich mit fertigen Komponenten realisieren. Wie schon erwähnt Zwischensteck-Zeitschaltuhr und Zwischensteck-Helligkeitsschalter. Aber bei dem Projekt ist, wie so oft bei mir, auch der Weg ist ein Teil vom Ziel Ich möchte etwas basteln und dabei im Idealfall auch noch etwas lernen.

Die Zeitschaltuhr, so wie ich sie bis jetzt aufgebaut habe, ist nicht eine einfache Zeitschaltuhr. Da sind auch noch Temperatur und Luftfeuchte-Sensoren verbaut und ein Funk-Modul um die ganzen Daten (Einschaltzeit, Ausschaltzeit, Temperatur, Luftfeuchte) zu übertragen. Das ganze wird teil meines bestehenden Sensor-Netzwerks.

Darum habe ich nach einem etwas genaueren Helligkeitssensor gesucht. Zum einen damit ich etwas lernen kann, zum anderen damit ich ein Modul (Helligkeitssensor) habe mit dem ich unter verschiedenen Umgebungsbedingungen die Helligkeit messe kann.

» Du wirst die Schaltung ja im Freien betreiben, da könnte der Temperaturgang eine Rolle spielen. Allerdings habe ich da jetzt keine Vergleichsdaten Photdiode/LDR zur » » » Hand. Ich kenne Dioden als hervorragende Temperatursensoren, das gilt aber für die Schwellspannung. Den Temperaturgang des Photostromes weiß ich jetzt nicht - da » müsste ich nachsehen.
Vorerst reicht mir der Sensor am Fenster (innen), aber wenn das funktioniert würde ich so einen Sensor schon gerne meiner Wetterstation hinzufügen und dann im Freien betreiben. Wobei die Temperaturschwankungen bei Sonneneinstrahlung auch hinter Glas recht groß sein können. Habe neulich mal ein Mini-Gewächshaus auf dem Balkon gestellt. Drin war nur ein DHT22 und da betrug die Temperaturschwankung zwischen Sonnig und Wolkig von 26°C und 8°C bei ca. 5°C Außentemperatur. Ist zwar was anderes als dreifach-verglaste Fenster aber früher oder später mach Infrarot-Strahlung irgendwas Warm. Da ist dann wohl noch etwas Forschung nötig, aber das hat Zeit.

Hab mal wieder etwas zu wenig Infos in den initialen Post geschrieben. Ist für mich immer noch schwer abzuschätzen welche Infos für euch wirklich wichtig sind und was dann doch in einen langweiligen Roman ausartet...

Danke!

» » Hallo,
» » schau mal im Internet nach Helligkeitsschalter / Dämmerungsschalter.
» » Bei ebay für unter 10 Euro
» » Das sind kompakte Helligkeitsschalter mit Spannungsversorgung und
» Gehäuse
» » sofort einsetzbar.
» da lohnt der Eigenbau kaum noch.
Jein. Also wenn man einen reinen Schalter haben will definitiv nicht. Dann noch eine Fertige Zeitschaltuhr für unter 10€ und gut iss.
Ich schreibe zu meiner Bastelei in nächsten Post noch etwas mehr.

» ideal für das Pilotprojekt; wenn Bastelix dann pofessionell
» Gewächshaussteuerungen anbietet, hat er daraus ein serienreifes (n>>1000)
» Produkt gemacht. (Der CO2-neutrale Anbau von Ananas in unseren Breiten
» hängt in einigen Jahren von genau dieser erst in den Anfängen steckenden
» Industrie ab )
Na toll, jetzt hast du meine streng geheime Geschäftsidee ins Internet gestellt... Dann sag ich jetzt den Notar-Termin ab, da sich das mit dem freien Institut für Tropenpflanzenanbau in der nördlichen Oberpfalz erledigt hat

Vielen Dank für die ausführliche Erklärung. Dann bau ich das mal auf dem Steckbrett auf und experimentiere etwas damit rum

Hallo,
Wenn ich das richtig sehe, willst Du Deine Installation rund um (und quer durch) das Gewächshaus ja mit Solarstrom eigener Erzeugung betreiben. Würde es da nicht nahe liegen, der Solaranlage die Infos über die Sonnenlichteinstrahlung zu entlocken? Oder hat der extra Sensor einen besonderen Grund? Auch wenn ein Solarpanel wahrscheinlich ein ganz anderes Verhalten als eine für Messzwecke gebaute Photozelle hat - das sollte doch irgendwie gehen???
Grüße
Hartwig

» Hallo,
» schau mal im Internet nach Helligkeitsschalter / Dämmerungsschalter.
» Bei ebay für unter 10 Euro
» Das sind kompakte Helligkeitsschalter mit Spannungsversorgung und Gehäuse
» sofort einsetzbar.
da lohnt der Eigenbau kaum noch. Interessant ist auch für 6€ der Bausatz 810 539 von Pollin, der bietet eine Reihe von Variationsmöglichkeiten per Jumper - ideal für das Pilotprojekt; wenn Bastelix dann pofessionell Gewächshaussteuerungen anbietet, hat er daraus ein serienreifes (n>>1000) Produkt gemacht. (Der CO2-neutrale Anbau von Ananas in unseren Breiten hängt in einigen Jahren von genau dieser erst in den Anfängen steckenden Industrie ab )

Hallo,
schau mal im Internet nach Helligkeitsschalter / Dämmerungsschalter.
Bei ebay für unter 10 Euro
Das sind kompakte Helligkeitsschalter mit Spannungsversorgung und Gehäuse
sofort einsetzbar.

Hallo,
grundsätzlich würde ich mir überlegen, ob ich eine Photodiode oder einen Photowiderstand (LDR) einsetzen würde. Für Meßzwecke ist die Photodiode oft besser geeignet, benötigt halt nur etwas mehr Schaltungsaufwand - wie z.B. den Transimpedanzverstärker (sie Posting von Kendiman). Der wesentliche Vorteil der Photodiode liegt im Zeitverhalten und je nach Schaltung der Linearität. Das wäre in Deinem Fall wohl eher zweitrangig. Für eine tageslichtgeführte Steuerung werden oft LDRs eingesetzt. Die haben gerade für diesen Zweck eine gute Empfindlichkeitscharakteristik. Die Schaltung mit LDRs kann je nach Anforderung einfach ausfallen, z. B. direkt kombiniert mit einem Komparator für die Schaltschwelle. Der Widerstandsbereich des LDR bewegt sich bei dieser Anwendung in einem sehr "handlichen" Bereich - also geringe Ströme oder Spannungen, die hohe Verstärkungen erfordern, treten nicht auch. Das macht die Schaltung sehr unkritisch. Auch denke ich dabei an die Temperaturabhängigkeit - Du wirst die Schaltung ja im Freien betreiben, da könnte der Temperaturgang eine Rolle spielen. Allerdings habe ich da jetzt keine Vergleichsdaten Photdiode/LDR zur Hand. Ich kenne Dioden als hervorragende Temperatursensoren, das gilt aber für die Schwellspannung. Den Temperaturgang des Photostromes weiß ich jetzt nicht - da müsste ich nachsehen. Für eine einfache LDR-Schaltung tut es jeder der OPVs, es muß kein LDR sein. Als OPV mit LDR würde ich die für single supply geeigneten Typen wie den LM358 nehmen, Rail-to-rail ginge natürlich auch wäre sozusagen "overdressed". 741 und TL072 o.ä. passen ebenfalls, wären aber nicht meine erste Wahl.
Hartwig

» Servus Zusammen,
»
» ich möchte gerne die Lichtstärke (Helligkeit) messen und hab mir dazu nach
» einigen Recherchen eine Schaltung ausgesucht die ich (hoffentlich) mit
» Bauteilen realsieren kann, die ich schon da habe.
»
»
» Photodiode BPW34 hätte ich da, Widerstände und KerKos sollten auch nicht
» das Problem sein. Nur welchen OpAmp verwende ich da am besten? Ich habe nur
» +12V, +5V und 0V für die Versorgung zur Verfügung. Die OPAs die ich da habe
» sind:
» * LM741CN
» * LM324
» * LM358N
» * TCA520B
» * TLC227IP
» * TL071IP
»
» Wäre da einer geeignet? Und nach welchen Kriterien dimensioniere ich dann
» Rf und Cf? Ich will so ungefähr abschätzen können ob es ein Sonniger oder
» eher diesiger (bewölkt/nebelig) Tag ist. Das muss nicht super-genau sein,
» ein Schätzeisen sollte vorerst reichen.
»
» So nebenbei, was wäre denn ein general purpose OPA den man unbedingt in der
» Bastelkiste vorrätig haben sollte?
»
» Hintergrund für das Ganze ist, dass ich grad an meiner Zeitschaltuhr für
» die Pflanzleuchte bastel. Die nötigsten Features sind schon umgesetzt
» (gelötet und gecoded), nur hätte ich gerne noch ein paar Erweiterungen.
» Eine davon ist, dass sich die LEDs bei genügend Sonnenlicht nicht
» einschalten sollen. Zumindest ab dem Zeitpunkt wo die Pflanzen nicht mehr
» im Mini-Gewächshaus stehen, sondern auf der Fensterbank. Die LED-Panels
» werden dann mit ausreichend Abstand über den Pflanzen hängen (also ohne die
» Pflanzen zu beschatten).
»
» Gruß
» Bastelix

Die Schaltung ist für die Lichtmessung gut geeignet.
Der OP ist als Strom-Spannungswandler geschaltet (Transimpedanzwandler)
Als OP eignet sich jeder Standard OP ( LM 741 )
Die Photodiode BPW 34 ist einsetzbar.
Etwas problematisch ist die Versorgungsspannung von 12 V
Ein OP benötigt eigentlich 2 Spannungen plus 12 V und minus12 V
Mit einem Trick kann man auch mit nur einer Spannung auskommen.
Man teilt +12 V in 2 x 6 V auf. Das geschieht durch die beiden Widerstände R1 und R2
Rf ist in 3 umschaltbare Widerstände aufgeteilt. (R3, R4, R5 )
Rf berechnet sich Rf = U / I (Polarität nicht berücksichtigt)
U = maximale Spannung am OP-Ausgang (ca.5 V)
I = Strom der Photodiode BPW 34
Bei normaler Arbeitsplatzbeleuchtung ca. 50 uA
Bei großer Helligkeit ca. 5 mA
Cf ist ein Neutralisationskondensator
Er ist abhängig von;
1 dem verwendeten OP
2. dem Aufbau der Schaltung
Meist reicht ein Kondensator von 10 pF (testen ob die Schaltung schwingt)
Das in der Schaltung gezeichnete Voltmeter bezieht sich auf die halbe
Betriebsspannung und zeigt bei Dunkelheit 0V.
Bei absoluter Dunkelheit ist die Ausgangsspannung am OP = halbe Betriebsspannung
Bezogen auf GND.
Für eine weitere Verarbeitung des Signals (zum Schalten von Leuchtmitteln)
muss der Ausgang noch angepasst werden.