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erste Version am 18.12.2017
letzte Änderung am 18.12.2017

LED-Streifen als Nachtlicht - Seite 3-sub


Auf dieser Seite ist das Ergebnis von sechs Messreihen dokumentiert. Anhand dieser Daten hoffe ich eine Funktion ableiten zu können, die zur gemessenen Gesamthelligkeit und der eingestellten LED-Helligkeit die real vorhandene Umgebungshelligkeit liefert - also praktisch aus der Gesamthelligkeit die LED-Helligkeit rausrechnet.

Die LEDs samt Sensor-Einheit befanden sich dabei am finalen Installationsort.
Die relevanten Pins des ATmega328 waren auf einen ArduinoUNO gepatched, auf dem das folgende Sketch lief:
#include <avr/sleep.h>

#define LED_POWER_PIN 11 // PWM-Pin zum Gate des n-Channel MOSFETs für die LEDs
#define STATUS_LED_PIN 5 // PWM-Pin zur Anode der Status-LED
#define MOTION_SENSOR_PIN 2 // Interrupt-Pin (0) für den Bewegungs-Sensor
#define BPW40_EMITTER_PIN 0 // Analog-Pin zur Abfrage des Helligkeits-Sensors

#define DEBUG 1


/* -------------------------------------------------------------------
* ADC wieder aktivieren.
* https://www.gammon.com.au/adc
*/
void restore_ADC(void) {
ADCSRA=bit(ADEN); // turn ADC on
ADCSRA|=bit(ADPS0)|bit(ADPS1)|bit(ADPS2); // Prescaler of 128
analogRead(BPW40_EMITTER_PIN); // Dummy-Read als Init
}

/* -------------------------------------------------------------------
* Wird bei LOW-HIGH-Flanke an Pin2 aufgerufen.
* Quelle: http://www.gammon.com.au/power ( Sketch J)
*/
void wake() {
sleep_disable();
detachInterrupt(0);
restore_ADC();
#if DEBUG==1
Serial.println("wake from deepSleep()");
#endif
}

/* -------------------------------------------------------------------
* CPU in den Tiefschlaf-Modus versetzen.
* Aufwachen durch LOW-HIGH-Flanke an Pin2 bzw. Int0 über wake().
*/
void deepSleep(void) {
#if DEBUG==1
Serial.println("Tiefschlaf");
delay(10); // dem println genug Zeit geben, seine Daten loszuwerden
#endif
analogWrite(LED_POWER_PIN, 0); // PWM-Signal auf "100% LOW" setzen
ADCSRA=0; // disable ADC
set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);
sleep_enable();

// Do not interrupt before we go to sleep, or the
// ISR will detach interrupts and we won't wake.
noInterrupts();

// will be called when pin D2 goes low
attachInterrupt(0, wake, RISING);
EIFR=bit(INTF0); // clear flag for interrupt 0

// turn off brown-out enable in software
// BODS must be set to one and BODSE must be set to zero within four clock cycles
MCUCR=bit(BODS)|bit(BODSE);
// The BODS bit is automatically cleared after three clock cycles
MCUCR=bit(BODS);

// We are guaranteed that the sleep_cpu call will be done
// as the processor executes the next instruction after
// interrupts are turned on.
interrupts(); // one cycle
sleep_cpu(); // one cycle
}

/* -------------------------------------------------------------------
* Liefert den Mittelwert von 10 Helligkeitswerten mit jeweils einer
* Pause von 100µS dazwischen. In Summe wird also 2mS lang gemessen.
*/
int getBPW40save(void) {
unsigned int tmp, avg, i;

for(avg=i=0; i<10; i++) {
tmp=analogRead(BPW40_EMITTER_PIN); // Doku sagt: "It takes about 100 microseconds (0.0001 s) to read an analog input"
avg+=tmp;
delayMicroseconds(100);
}
return(avg/10);
}


void setup() {
#if DEBUG==1
Serial.begin(115200);
#endif

//analogReference(INTERNAL); // die Auflösung im unteren Bereich erhöhen
pinMode(MOTION_SENSOR_PIN, INPUT); // Bewegungssensor
pinMode(LED_POWER_PIN, OUTPUT); // LED-Streifen
pinMode(STATUS_LED_PIN, OUTPUT); // Status-LED
analogWrite(LED_POWER_PIN, 0); // LED-Streifen aus
analogWrite(STATUS_LED_PIN, 0); // Status-LED aus
}

void loop() {
int cur_led, i, v, avg;

delay(3000);
Serial.println("---");
for(cur_led=0; cur_led<256; cur_led++) {
analogWrite(LED_POWER_PIN, cur_led);
delay(20);
Serial.print("cur_led="); Serial.print(cur_led); Serial.print(" ");
for(avg=i=0; i<10; i++) {
v=getBPW40save();
avg+=v;
Serial.print(v); Serial.print(", ");
delay(100);
}
Serial.println(avg/10);
analogWrite(LED_POWER_PIN, 0);
delay(500);
}
Serial.println("------------------- Neustart....");
}

Das Sketch steuert die LEDs mit einem PWM-Wert von 0 bis 255 an und erfasst pro Wert die Helligkeit.

Beim ersten Durchlauf (dunkel) waren die LEDs die einzige Lichtquelle, beim zweiten Durchlauf (Tr) war die Treppenhausbeleuchtung eingeschaltet, beim dritten (Tr+Fo) zusätzlich noch das Flurlicht/oben, beim vierten (Fo) war nur das Flurlicht/oben eingeschaltet.

Den fünften und sechsten Durchlauf, bei dem die Referenz-Spannung des ADC auf DEFAULT eingestellt war, habe ich laufen lassen, um darüber ggf. die Ausdimm-Funktion insofern verbessern zu können, dass sie die Helligkeit durchgängig gleichmäßig runterfährt.
Beim fünften Durchlauf (Fo) war das Flurlicht/oben war an, beim sechsten Durchlauf (dunkel) war es aus.

Die Werte ab der zweiten Spalte stellen den Mittelwert von jeweils zehn Helligkeitsmessungen dar.

PWM-Wert
 dunkel
 Tr
 Tr+Fo
 Fo
 Fo
 dunkel
analogReference
 INTERNAL
 DEFAULT
0 0 129 359 229 47 0
1 5 138 374 240 48 0
2 20 150 382 253 51 3
3 30 161 397 269 53 4
4 40 174 406 275 56 7
5 50 188 417 292 60 9
6 66 198 428 299 61 11
7 84 214 440 315 65 15
8 87 218 451 324 66 16
9 96 231 463 334 69 20
10 108 243 475 346 72 22
11 120 253 493 358 74 24
12 136 268 497 370 77 27
13 144 281 512 382 80 29
14 156 290 523 395 81 32
15 167 298 535 404 84 34
16 180 311 547 417 88 37
17 190 323 556 430 89 39
18 204 335 570 439 92 42
19 215 350 579 449 94 44
20 227 359 593 462 98 47
21 246 376 604 475 100 49
22 251 381 615 486 103 53
23 263 394 630 501 105 54
24 272 401 639 510 108 58
25 286 416 652 525 110 60
26 298 430 658 533 113 62
27 310 440 669 546 115 66
28 323 454 676 557 118 68
29 334 464 686 569 121 71
30 351 479 695 579 123 74
31 356 487 704 589 127 75
32 371 500 715 602 128 78
33 379 508 719 609 132 81
34 393 522 729 621 134 84
35 405 532 735 628 136 87
36 417 542 744 639 139 88
37 430 552 750 645 142 92
38 440 561 756 653 144 94
39 454 573 762 662 147 96
40 462 579 768 670 150 99
41 476 593 777 680 151 101
42 482 599 781 684 155 105
43 495 609 791 695 158 107
44 504 614 796 701 160 110
45 514 623 802 710 164 111
46 524 631 807 715 165 115
47 533 639 812 722 168 118
48 545 649 816 727 170 120
49 550 655 821 734 173 123
50 563 666 828 744 175 124
51 568 670 832 746 174 129
52 579 679 839 756 180 130
53 585 683 843 760 183 133
54 595 690 849 768 186 135
55 601 697 853 773 188 139
56 610 705 857 779 192 141
57 620 715 862 784 193 144
58 624 716 865 789 196 146
59 635 726 871 796 198 148
60 641 729 872 798 201 151
61 649 738 878 806 204 153
62 655 744 882 810 206 157
63 663 750 888 817 209 158
64 669 754 892 822 211 161
65 676 761 896 827 214 164
66 685 768 899 833 216 167
67 688 771 902 835 219 170
68 699 780 906 841 218 171
69 701 783 908 844 223 175
70 711 791 913 850 226 176
71 716 795 914 853 230 180
72 724 801 920 860 232 181
73 728 806 921 862 235 185
74 735 809 928 869 237 187
75 742 817 931 873 239 190
76 744 819 933 876 242 192
77 755 828 937 881 244 194
78 759 828 937 882 248 198
79 766 835 942 888 244 199
80 769 839 942 890 249 204
81 777 845 947 896 252 204
82 781 852 948 898 254 208
83 786 853 953 904 258 210
84 794 858 957 909 259 212
85 795 860 958 911 263 215
86 804 867 962 916 265 217
87 805 868 963 917 266 222
88 813 875 967 921 271 223
89 817 877 968 923 277 226
90 822 884 971 928 277 228
91 830 889 971 929 280 231
92 833 891 975 934 283 233
93 838 896 978 937 285 236
94 841 897 980 939 289 239
95 848 903 984 944 290 241
96 849 904 985 948 294 245
97 856 911 987 951 295 246
98 859 911 987 951 298 250
99 866 917 989 955 300 251
100 870 920 991 957 303 254
101 873 923 993 961 306 257
102 879 928 995 964 307 259
103 881 929 997 965 311 262
104 887 935 999 969 313 264
105 889 938 1001 972 316 268
106 894 940 1002 974 318 268
107 899 945 1003 976 320 272
108 901 948 1005 979 324 275
109 907 951 1006 981 325 278
110 908 952 1008 984 329 280
111 914 956 1008 985 330 281
112 918 958 1009 987 333 285
113 921 959 1011 989 337 287
114 926 963 1011 990 338 289
115 929 964 1013 992 342 293
116 932 969 1014 995 343 294
117 933 973 1015 997 347 298
118 939 974 1016 998 349 300
119 943 977 1019 1001 352 303
120 943 979 1017 1001 355 305
121 948 982 1018 1002 357 308
122 949 985 1018 1006 360 311
123 955 986 1020 1005 361 312
124 958 989 1020 1008 364 316
125 962 991 1021 1009 366 317
126 965 992 1021 1011 369 321
127 966 994 1021 1012 372 323
128 969 996 1022 1013 373 325
129 970 998 1022 1012 377 329
130 974 999 1022 1015 378 330
131 977 1002 1023 1015 382 335
132 978 1005 1023 1017 385 336
133 982 1005 1023 1017 386 338
134 982 1007 1023 1017 390 341
135 987 1010 - 1019 392 343
136 988 1010 - 1021 395 347
137 992 1013 - 1021 397 348
138 995 1012 - 1020 399 352
139 995 1013 - 1022 403 354
140 997 1013 - 1021 404 356
141 1001 1013 - 1022 408 359
142 1001 1016 - 1022 409 360
143 1004 1018 - 1022 412 364
144 1004 1018 - 1022 415 366
145 1006 1018 - 1023 416 369
146 1008 1019 - 1023 420 372
147 1011 1020 - 1023 422 373
148 1011 1021 - 1023 425 377
149 1012 1021 - - 427 378
150 1014 1022 - - 429 382
151 1014 1022 - - 432 384
152 1016 1022 - - 434 386
153 1016 1023 - - 438 390
154 1018 1023 - - 439 391
155 1019 1023 - - 443 395
156 1020 1023 - - 444 396
157 1019 1023 - - 446 400
158 1020 - - - 450 402
159 1021 - - - 451 404
160 1022 - - - 455 407
161 1022 - - - 457 409
162 1022 - - - 460 412
163 1023 - - - 462 415
164 1023 - - - 464 417
165 1023 - - - 468 420
166 1023 - - - 468 421
167 - - - - 472 425
168 - - - - 474 426
169 - - - - 476 429
170 - - - - 479 432
171 - - - - 481 434
172 - - - - 485 437
173 - - - - 486 439
174 - - - - 490 443
175 - - - - 492 444
176 - - - - 494 447
177 - - - - 497 449
178 - - - - 498 451
179 - - - - 502 455
180 - - - - 504 456
181 - - - - 506 460
182 - - - - 509 461
183 - - - - 511 464
184 - - - - 515 467
185 - - - - 516 468
186 - - - - 519 472
187 - - - - 522 474
188 - - - - 523 477
189 - - - - 526 480
190 - - - - 527 481
191 - - - - 531 484
192 - - - - 533 485
193 - - - - 536 489
194 - - - - 539 491
195 - - - - 540 495
196 - - - - 544 497
197 - - - - 545 498
198 - - - - 549 502
199 - - - - 550 504
200 - - - - 553 507
201 - - - - 556 509
202 - - - - 558 511
203 - - - - 561 514
204 - - - - 562 516
205 - - - - 566 519
206 - - - - 568 521
207 - - - - 570 524
208 - - - - 573 526
209 - - - - 574 528
210 - - - - 578 531
211 - - - - 580 533
212 - - - - 583 536
213 - - - - 585 538
214 - - - - 587 541
215 - - - - 590 544
216 - - - - 591 545
217 - - - - 595 549
218 - - - - 597 551
219 - - - - 599 554
220 - - - - 602 555
221 - - - - 604 558
222 - - - - 607 560
223 - - - - 609 562
224 - - - - 612 565
225 - - - - 614 568
226 - - - - 616 570
227 - - - - 619 572
228 - - - - 620 575
229 - - - - 624 577
230 - - - - 625 580
231 - - - - 628 582
232 - - - - 630 584
233 - - - - 633 586
234 - - - - 635 589
235 - - - - 637 591
236 - - - - 640 594
237 - - - - 642 596
238 - - - - 645 598
239 - - - - 647 601
240 - - - - 649 604
241 - - - - 652 606
242 - - - - 654 609
243 - - - - 657 612
244 - - - - 659 613
245 - - - - 661 616
246 - - - - 664 618
247 - - - - 666 621
248 - - - - 668 623
249 - - - - 671 626
250 - - - - 673 628
251 - - - - 675 630
252 - - - - 678 632
253 - - - - 680 634
254 - - - - 682 637
255 - - - - 686 640

Hier noch die Rohform, wie sie das Sketch im Terminal geliefert hat.
Zur Konvertierung der rohen Daten habe ich mir das folgende Python-Script zurechtgefuscht:
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

fn="/home/dede/messung.txt"

# https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/math/map/
def mymap(x, in_min, in_max, out_min, out_max):
return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min


d=dict()
for i in range(256):
d.update({i:["-", "-", "-", "-", "-", "-"]})

idx=-1
fobj=open(fn, "r")
lns=fobj.readlines()
for lnr in lns:
ln=lnr.strip()
if ln.startswith(";"):
idx+=1
if ln.startswith("cur_led="):
wrdlst=ln.split()
cur_led=int(wrdlst[0][len("cur_led="):])
avg=wrdlst[-1]
#print cur_led, avg, wrdlst
lv=d[cur_led]
lv[idx]=avg
d.update({cur_led:lv})


for i in range(256):
print i,
for j in d[i]:
print j,
print