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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Luxmeter mit ATMega8


Autor: Max (Gast)
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Hallo,

ich würde gerne an einem ATMega8 einen möglichst einfachen aber dennoch 
genauen Luxmeter aufbauen. Zu diesem Thema habe ich bereits diese 
Einträge gefunden:

Beitrag "eine Art Luxmeter basteln"
Beitrag "Lux-Meter"

dazu allerdings noch ein paar kleine Fragen:

- In den oberen Forenbeiträgen wird immer auf die 
Helligkeitsempfindlichkeit des Auges eingegangen, allerdings kann ich 
unter wikipedia und sonstigen Internetseiten mit Erklärungen zum 
Luxmeter keinen Hinweis darauf finden das bei der Helligkeitsmessung 
eine Abhängigkeit zum Helligkeitsempfinden des Menschen besteht. Oder 
wird der untere Spektralbereich nur deswegen herausgefiltert da wir 
Menschen diesen eh nicht sehen können?

- Wie genau schätzt ihr lässt sich ein Luxmeter mit dem internen ADW des 
ATMega8 aufbauen wenn man einen einfache Photodiode verwendet?

Freu mich über nette antworten =)

Gruß

Max

Autor: Falk (Gast)
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@Max

>ich würde gerne an einem ATMega8 einen möglichst einfachen aber dennoch
>genauen Luxmeter aufbauen. Zu diesem Thema habe ich bereits diese

Klingt schon wieder nach Geiz ist geil. Hmm.

>Beitrag "eine Art Luxmeter basteln"
>Beitrag "Lux-Meter"

Da sthet einiges brauchbares drin, aber auch Falschinformationen.

>Luxmeter keinen Hinweis darauf finden das bei der Helligkeitsmessung
>eine Abhängigkeit zum Helligkeitsempfinden des Menschen besteht. Oder

Ganz einfach, Lux ist eine photometrische Grösse, welche sich am 
Helligkeitsempfinden des menschlichen Auges orientiert. Wenn du nun eine 
normale Photodiode benutzt, welche eine vollkommen andere spektrale 
Empfindlichkeit hat, dann misst du nicht in Lux, sondern rein 
physikalisch die Helligkeit. Das kann man nicht nachträglich umrechnen. 
Du brauchst einen Sensor mit annährernder spektraler Empfindlichkeit wie 
das menschliche Auge.

>- Wie genau schätzt ihr lässt sich ein Luxmeter mit dem internen ADW des
>ATMega8 aufbauen wenn man einen einfache Photodiode verwendet?

Ohne etwas Aufwand im Analogteil nicht sehr genau. Selbst wenn man die 
Spannung über der Photodiode misst, welche logarithmisch von der 
Helligkeit abhängt, ist der Spannungshub sehr klein, irgendwo um die 
100mV. Du brauchst mindestens einen OPV, welcher a) denn Offset von ca. 
0,7V enfernt und b) das Signal um den Faktor 50 verstärkt. Vielleicht 
kann man das mit einem differentiellen ADC-Eingang und dem interen 
Verstärker halbwegs brauchbar hinbekommen (Hat der Mega8 sowas?).

MfG
Falk

Autor: Max (Gast)
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Hi Falk,

danke für dich schnelle Antwort das hilft mir schon ein ganzes Stück 
weiter!

Und nein es geht nicht um geiz ist geil sondern einfach um einen kleinen 
netten Versuch den ich starten wollte um ein wenig mit dem ADW des 
ATMega8 zu spielen. Einfach auch deswegen weil ich 5 Sensoren 
anschließen möchte ;-) um die Helligkeit auf einer Fläche zu messen.

Soweit ich weiß hat der ATMega8 keine differentiellen ADW. Aber da nun 
die grundsätzlichen Dinge geklärt sind such ich erstmal eine Photodiode 
mit einer solchen Spektralen Empfindlichkeit.

Danke soweit!

Max

Autor: Lothar (Gast)
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Nimm eine Fotodiode wie die BPW34 und messe den Kurzschlusstrom, der ist 
recht linear von der Beleuchtungsstärke abhängig. Dann ist auf der 
analogseite nur ein inv. OV nötig.

Autor: Falk (Gast)
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@Lothar

>Nimm eine Fotodiode wie die BPW34 und messe den Kurzschlusstrom, der ist
>recht linear von der Beleuchtungsstärke abhängig. Dann ist auf der

Das ist zwar richtig, aber für ein LUXmeter der falsche Ansatz.

http://de.wikipedia.org/wiki/Lux_%28Einheit%29#Bei...

Die Dynamik ist mit einer linearen Kennlinie nicht handhabbar.

>analogseite nur ein inv. OV nötig.

Irrtum, er braucht dann wieder einen Logarithmierer. Den gibts aber 
"kostenlos" wenn man anstatt des Photostroms die Photospannung misst.

MfG
Falk

Autor: Max (Gast)
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Hallo,

also ich hätte mich jetzt für den bpw21 entschieden, da der Laut 
Datenblatt die passende spektrale Empfindlichkeitskurve aufweist. Laut 
Wikipedia scheint das auch zu stimmen ;-)

Und verbessert mich wenn ich das jetzt falsch verstanden habe. Ich hänge 
einen Lastwiderstand hinter meinen bpw21 und messe an diesem mittels OP 
die abfallende Spannung. Nun muss ich eine Schaltung aufbauen 
(logarithmierer wie auch immer das geht) oder ich messe Punkte mit einem 
Referenzgerät und gleiche diese im µC ab.

Wo kann man etwas über eine logarithmierer Schaltung nachlesen? Würd 
mich interessieren

Max

Autor: Falk (Gast)
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@Max

>also ich hätte mich jetzt für den bpw21 entschieden, da der Laut
>Datenblatt die passende spektrale Empfindlichkeitskurve aufweist. Laut

Die passt.

>Und verbessert mich wenn ich das jetzt falsch verstanden habe. Ich hänge
>einen Lastwiderstand hinter meinen bpw21 und messe an diesem mittels OP
>die abfallende Spannung.

Nein. Dubenutzt die BPW21 als Spannungsquelle und misst die Spannung. 
Sinnvollerweise mit einem Differenzverstäker.

Im Datenblatt sieht man auch schön war der Photostrom hier der falsche 
Weg ist.

http://www.ortodoxism.ro/datasheets/siemens/BPW21.pdf

Seite , zweite Diagramm

Zwischen ca. 5Lux und ca. 2500 Lux (Faktor 500) ändert sich der 
Photostrom von ~80nA auf ~30uA (Faktor 375), während sich die Spannung 
nur von ca. 250mV auf 450mV ändert(Faktor 1,8).

> Nun muss ich eine Schaltung aufbauen
>(logarithmierer wie auch immer das geht) oder ich messe Punkte mit einem
>Referenzgerät und gleiche diese im µC ab.

>Wo kann man etwas über eine logarithmierer Schaltung nachlesen? Würd
>mich interessieren

Im Internet. Hab aber jetz keine Links zur Hand.

MfG
Falk

Autor: Lothar (Gast)
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@Falk
Also, ich habe grad noch mal ins Datenblatt einer BPW34 geschaut.
80nA/Lx mit super linearer Abhängigheit 80µA bei 1000 Lux. Warum also 
einen Logarithmierer wenn es ein Luxmeter werden soll. Wie gesagt, es 
geht um den Kurzschlusstrom. Der "virtuellen" Kurzschluss am Eingang 
eines invertierenden OV ist optimal. Das Problem wurde auch schon 
mehrfach beschrieben, u.a. von ELV. Ein Projekt von ?? ElmSham oder wie 
dieser geniale Asiat heißt befasst sich mit dem gleichen Thema.
Der Widerstand der Gegenkopplung ist lediglich für den Messbereich 
verantwortlich. Ne andere Fotodiode geht sicher auch. Eine große 
Chipfläche und eine angepasste Empfindlichkeit sind wichtig.
Grüsse
Lothar

Autor: Falk (Gast)
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@Lothar

>80nA/Lx mit super linearer Abhängigheit 80µA bei 1000 Lux. Warum also

JA! Aber das Problem ist der Dynamikbereich!

>einen Logarithmierer wenn es ein Luxmeter werden soll. Wie gesagt, es

Weil du sonst im unteren Helligkeitsbereich nur ein Schätzeisen hast, 
aber kein Luxmeter.
Nehmen wir an, du wandelst deine 1000lux/80uA per 
Transimpedanzverstärker auf 5V, ab in den AVR damit, 10 bit Wandlung. 
Mach eine AUFLÖSUNG von knapp 1lux. Klingt nicht schlecht, ist aber 
grottig, denn ein halbes Lux ist schon mal der systematische Fehler vom 
ADC (Quantisierungsfehler). Deine Schrittweite ist ein Lux, du kannst 
also den Unterscheid zwischen einer und zwei Kerzen messen (und das auch 
nur knapp und wackelig). Naja.

Aber wahrscheinlich reden wir aneinander vorbei. Wenn ich von guter 
Genauigkeit spreche, dann bin ich in Gedanken doch eher im 
professionellen/prinzipiell machbaren Bereich unterwegs. Als nettes 
Schätzeisen für Bastler tuts wahrscheinlich auch ein 
Transimpedanzverstärker.

MFG
Falk

Autor: Lothar (Gast)
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@Falk
Ich denke schon, wir meinen das Gleiche. Wenn der Dynamikbereich des 
Auges nachempfunden werden soll, der so im Hinterkopf habe 0,1 - 100.000 
Lux beträgt, wirds eng. ELV schaltet dazu, trotz linearer Messung, den 
Gegekopplungswiderstand per Analogschalter. Von der Realisierung denke 
ich einfacher und genauer als der Umweg über den Log., der auch Fehler 
mit reinbringt und im MC wieder rückgerechnet werden muss. Mit den 10 
Bit beim AVR muss man leben. Die log. Spannung an der Fotodiode ist dazu 
noch temperaturabhängig, immerhin 2,6mv/K, also wieder kompensieren, 
gerade wo sich die Fotospannung bei großer Beleuchtung kaum ändert.
Viele Wege führen zum Ziel, ich würde den ELV-Ansatz favorisieren.
Grüsse
Lothar

Autor: Falk (Gast)
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@Lothar

>Ich denke schon, wir meinen das Gleiche. Wenn der Dynamikbereich des
>Auges nachempfunden werden soll, der so im Hinterkopf habe 0,1 - 100.000
>Lux beträgt, wirds eng. ELV schaltet dazu, trotz linearer Messung, den

Ahhh!!! ;-)

>Viele Wege führen zum Ziel, ich würde den ELV-Ansatz favorisieren.

Hast Recht, das ist der einfachere Weg.

MFg
Falk

Autor: Grubi (Gast)
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Erstmal schönen guten morgen
@ Lothar
kannst du mir bitte den Schaltplan von ELV zukommen lassen...
Bin auch gerade an so einem Projekt und komm nicht weiter...
Würdest mir echt helfern

Schon mal vielen Dank im vorraus

Grubi

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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Von Osram gibt es einen neuen Sensor komplett mit Vorverstärker und 
Linearisierer, der gezielt auf die Spektralempfindlichkeit des Auges 
abgestimmt ist. Das Ding war letztens in den Elektornews drin.
Leider bin ich nicht zuhause, deshalb kann ich da bei Osram jetzt nicht 
nachsehen (Der Sysadmin hier ist zu blöd, einen Netzzugang richtig zu 
konfigurieren, deshalb gehen einige Websites hier nicht). Wenn mich mein 
Gedächtnis nicht täuscht, hieß das Teil SFH5110, aber nagelt mich jetzt 
nicht fest.

Gruß
Jadeclaw.

Autor: Helmut -dc3yc (dc3yc)
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Jadeclaw,

der SFH5110 ist ein Empfänger für IR-Fernsteuerungen. Weisst du noch, 
wie deas IC von Osram hiess?

Danke,
Helmut.

Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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So, das Ding heißt SFH5711.
Info ist hier:
http://www.osram-os.com/osram_os/EN/Press/Press_Re...

Gruß
Jadeclaw.

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Der Sensor ist ganz interessant, scheint aber erst ab 3 Lux messen zu 
können.

Für die Photographen unter uns:

Das sind zwischen 0 und 0.5 EV, bei ISO100 und Blende 2.8 also zwischen 
6 und 8 Sekunden; bei ISO1600 (was bessere DSLRs durchaus bieten) 
zwischen 0.3 und 0.5 Sekunden.

Für eine photographische Anwendung als Belichtungsmesser wäre es 
reizvoll, in Bereichen um 1 Lux oder darunter messen zu können, wie es 
"richtige" Belichtungsmesser auf Basis der BPW21 hinbekommen, wie 
beispielsweise der Gossen Profisix. Sowas braucht man bei 
Langzeitaufnahmen.

Sehen kann man bei diesen Lichtverhältnissen noch recht gut; Vollmond 
beispielsweise liegt bei 0.25 lx.

Bei richtig hellem Sonnenlicht könnte der Sensor auch so seine Probleme 
haben, laut Datenblatt sind 80000 bis 100000 lx möglich.
Das sind etwa 15 EV, bei ISO100 und Blende 2.8 ist das 1/4000 Sekunde.

Jeder, der schon mal im Hochsommer in etwas südlicheren Gefilden 
photographiert hat, wird wissen, daß es dort deutlich heller werden 
kann.
20 EV (~ 1E6 lx) ist da durchaus realistisch (Blende 11 und 1/4000).

Autor: Helmut -dc3yc (dc3yc)
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Danke für den Link zum Datenblatt! Hab mal noch gegoogelt und von 
Intersil was gefunden: ISL29001. Der misst zwischen 0.3lux und 10klux 
und hat einen digitalen I2C-Ausgang. Muster sollten an mich unterwegs 
sein...

Servus,
Helmut.

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