模組介紹 : faya光感應模組

學習目標 : 認識faya光感應模組的功能及使用方式
學習時間 :  35min
示範模組 : (1) fayaduino UNO
                 (2) faya 電源底板
                 (3) faya 光感應模組
工具 : (1) 樂高積木底板 (相容)


====================功能介紹====================
光感應器的功能為感測光的強弱，faya光感應模組透過面板上的光敏電阻(下圖中彎來彎去的橢圓形元件)測得光的強弱，將結果以電壓的形式在Vout埠輸出，模組能透過可變電阻調整輸出範圍，當作靈敏度的調整。

• 感應到的光愈強，Vout輸出的電壓愈高
• 可變電阻可用來調整光感應的靈敏度

註: NC埠代表 No Connection，沒有作用

====================原理知識====================
以下解釋提供給有需要知道背後原理的人:

faya光感應模組透過一顆光敏電阻(CdS)來偵測光的強弱，當接收的光愈強時，產生的電阻值愈小，當接收的光線愈弱時，產生的電阻值較大。有了這層關係，我們用以下的電路設計出能調整靈敏度的光感測器，其中R1是光敏電阻，R2是可變電阻。

我們用以下範例解釋輸出電壓與光強弱的關係，另外也解釋可變電阻的功用，首先假設:

光敏電阻在陰暗的環境下阻值為10K
光敏電阻在光亮的環境下阻值為1K

當可變電阻調在100K位置時:

在陰暗環境下，輸出Vout = (100K / (100K+10K) ) x Vcc = 0.91Vcc
在光亮環境下，輸出Vout = (100K / (100K+1K) ) x Vcc = 0.99Vcc
因此當感應到的光愈強，Vout輸出的電壓愈高

現在把可變電阻調到50K位置:
在陰暗的環境下， 輸出Vout = (50K / (50K+10K) ) x Vcc = 0.83Vcc
在光亮環境下，輸出Vout = (50K / (50K+1K) ) x Vcc = 0.98Vcc
和上一個例子相比，得知同一個光強度下，較低的可變電阻值，會得到較低的輸出電壓，意謂著偵測門檻降低了，我們可以利用這點應用在所需的專題上 (例如改變可變電阻來降低或提高偵測光強度的靈敏度)

註: 順時針調整可變電阻時，R2阻值增加，反之降低
     
===================範例實作(1)===================
了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能:

目標:
(1)每0.2秒在Arduino Serial Monitor秀出目前的光感應值 (0~99)

接線:
(1) 電源線連接
     如下圖所示，連接的說明請看這篇文章 或簡易版

(2) 訊號線連接
      Arduino_A0  ===>  光感應器_VOUT

範例程式:

	// 2017/5/10
	// Faya-Nugget 範例程式 (LightSensor_1.ino)
	// 單元: 模組介紹-faya光感應模組
	// 網址: http://fayalab.blogspot.com/2017/05/faya.html
	// 目標 (1) 每0.2秒在Arduino Serial Monitor秀出目前的光感應值 (0~99)
	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// A0 ==> Vout (光感應器)
	//光感應器腳位設定
	int LightSensorPin_Vout = A0;
	//設定變數以便運算
	int sensorValue = 0; //原始感測值 (0~1023)
	int newSensorValue = 0; //對應轉換後的感測值 (0~99)
	void setup() {
	Serial.begin(9600); // 初始化串列傳輸，鮑率為9600bps。
	}
	void loop() {
	sensorValue = analogRead(LightSensorPin_Vout); // 讀取光感測值 (0~1023)
	newSensorValue = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 99); // 將感測值轉換成 (0~99)
	// 將資料輸出至序列埠監控視窗
	Serial.print("sensorValue = ");
	Serial.print(sensorValue);
	Serial.print("\t newSensorValue = ");
	Serial.println(newSensorValue);
	delay(200);
	}

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備註:
- L22: 讀取感測數值，Arduino讀取數值範圍為0~1023 (10bit)
- L23: 利用map指令把感測數值從0~1023轉換到0~99

範例結果:

討論:
大家可以看到輸出結果和我們在背景知識導出的結果相同，光線愈強，輸出值愈高，光線愈弱，輸出值愈低，大家不妨用螺絲起子調整模組上方的可變電阻(當順時針調整時，對地阻值R2增加，逆時針調整時，對地阻值R2減少)，觀察阻值變化與輸出的關係!

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