13. Sensoren

13.2. Der Helligkeitssensor

Der micro:bit-Computer verwendet laut Dokumentation des Herstellers einige der Leuchtdioden des
Displays als Sensor für die Helligkeitsmessung.

Hintergrundwissen:
Beim Betrieb einer Leuchtdiode sind grundsätzlich 2 Betriebsarten nach ihrer Art des Anschlusses
zu unterscheiden.

                       
      Bild 1: Leuchtdiode im Durchlassbetrieb        Bild 2: Leuchtdiode im Sperrbetrieb

  1. Der Durchlassbetrieb
      In der Schaltung in Bild 1 wird die Leuchtdiode P1 in "Durchlassrichtung" am micro:bit-Computer
      betrieben.
      Aufgrund der Programmierung der beiden Pins x und y ist die Ausgangsspannung positiv und beträgt
      insgesamt 3V. Es kommt zu einem elektrischen Strom IF (ca. 2mA) , welcher die Leuchtdiode P1 auf-
      leuchten lässt.

  2. Der Sperrbetrieb
      Die in Bild 2 dargestellte Schaltung zeigt die in "Sperrrichtung" geschaltete Leuchtdiode P1.
      Aufgrund der Programmierung der beiden Pins x und y beträgt die Ausgangsspannung zwar
      immer noch 3V, ist jetzt aber negativ.
      Bei dieser Polung der Ausgangsspannung bleibt die Leuchtdiode immer dunkel.
      Der sich einstellende Strom IR ist extrem klein, aber lichtabhängig.
      Je mehr Licht auf die Leuchtdiode fällt, desto größer wird dieser sogenannte Sperrstrom IR.

Das Prinzip der Helligkeitsmessung beim micro:bit-Computer:


Beim Messen der Helligkeit mit dem Befehlsblock "light level" werden mehrere der Leuchtdioden auf dem
Display kurzzeitig in Sperrrichtung betrieben und deren Sperrstrom IR gemessen.

Aufgrund des sehr kleinen Sperrstroms einer einzelnen Leuchtdiode, wir durch die Verwendung mehrer Leucht-
dioden die Empfindlichkeit der Lichtmessung wesentlich erhöht.

Der gemessene Sperrstrom IR wird anschließend im micro:bit-Computer mittels eines Analog-Digital-Wandlers in
eine ganze Zahl zwischen 0 und 255 umgesetzt.
- Die Zahl 0 ergibt sich aus einem sehr kleinen Sperrstrom und steht damit sehr vereinfacht für "dunkel".
- Die Zahl 255 ergibt sich aus einem sehr großen Sperrstrom und steht damit sehr vereinfacht für "hell".

Externe Quellen:
1. https://makecode.microbit.org/reference/input/light-level