▌01是否LED可用作光敏感器?

　　我們都知道，一個(gè)動(dòng)態(tài)圓形電磁揚(yáng)聲器既可以播放聲音，也可以作為麥克風(fēng)來檢測(cè)聲音。同樣，DC電機(jī)可以將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，也可以將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。所以，一個(gè)LED光也可以轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后可以用作光電傳感器嗎?

　　1.電磁檢測(cè)方案

　　紅外(激光)對(duì)照光電開關(guān)最早用于智能汽車競(jìng)賽車型的計(jì)時(shí)。由于這種方法需要在賽道兩側(cè)安裝發(fā)射和接收光電管，因此設(shè)計(jì)對(duì)齊等操作比較麻煩，而且由于車型碰撞，也容易出現(xiàn)計(jì)時(shí)錯(cuò)誤。

　　后來，更換為電磁感應(yīng)原理的車輛模式檢測(cè)方案[3]只需在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的軌道下鋪設(shè)線圈，并使用安裝在車輛模式上的永磁鐵產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。檢測(cè)線圈相對(duì)隱蔽，不易被碰撞損壞，但有一定的確定性：例如，當(dāng)車輛模式運(yùn)行緩慢或安裝在車輛模式上的永磁鐵相對(duì)較小時(shí)，可能導(dǎo)致無法計(jì)時(shí);同時(shí)，由于周圍安裝了無線充電設(shè)備，也會(huì)導(dǎo)致誤觸發(fā)。

　　2.光電檢測(cè)方案

　　使用半導(dǎo)體光敏管檢測(cè)汽車模壓的方法在一定程度上克服了電磁方案。2018年10月，前北京科技大學(xué)智能車隊(duì)童超給出了基于光敏三極管的車型檢測(cè)方案[4]。

　　▲測(cè)量光帶檢測(cè)的靈敏度

　　并對(duì)該方案進(jìn)行了測(cè)試，無論是在室內(nèi)環(huán)境中，光線相對(duì)較弱的情況下，還是在室外陽光下都能自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)性能。

　　為了避免測(cè)量光帶對(duì)賽道表面顏色的影響，在部署過程中，用白色膠帶將測(cè)試板固定在賽道上。雖然有白色膠帶，但對(duì)檢測(cè)性能沒有影響。

　　▲白色膠帶覆蓋后的檢測(cè)性能

　　在四川省智能汽車比賽中，光電檢測(cè)板[5]也被用作汽車模型檢測(cè)方法，提高了比賽時(shí)間測(cè)量的穩(wěn)定性和精度。特別是光電板的表面設(shè)置為黑白相間，與軌道末端的斑馬線融合，減少了對(duì)軌道高度和視覺的影響。

　　▲在斑馬帶中間鋪設(shè)感光帶

　　3.如何降低成本

　　前面使用的光電檢測(cè)板基本上使用了具有相同性質(zhì)的光敏三極管或半導(dǎo)體器件。當(dāng)模具輪胎壓力過大時(shí)，光敏裝置的入射光強(qiáng)度會(huì)影響電流和電壓的變化，然后使用單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。

　　為了使用不同的模具車輪寬度，需要將光電管之間的間距控制在1-3厘米之間。因此，在整個(gè)45cm的有限檢測(cè)范圍內(nèi)，一個(gè)光電檢測(cè)板可能需要20-50個(gè)光敏管。

　　在2021年全國(guó)大學(xué)生智能車大賽中，由于加入了三岔路口，AI根據(jù)智能視覺組的要求，軌道所需的檢測(cè)板可能會(huì)增加到5-10，因此討論降低檢測(cè)板成本具有一定意義。

　　與光電管的成本相比，LED價(jià)格要低得多。例如，對(duì)于0603封裝的紅色LED，100支的價(jià)格只有幾塊錢，遠(yuǎn)低于普通光敏三極管的價(jià)格，所以我們提出是否可以使用LED制作光電檢測(cè)板的問題。

　　▌02LED光線檢測(cè)

　　在LightSensors[6]對(duì)檢測(cè)光傳感器進(jìn)行了回顧。下面檢測(cè)到的相關(guān)文章是用來使用的“LEDaslightsensor”在bing一些文獻(xiàn)是通過搜索獲得的。

　　1.LED產(chǎn)生光伏電壓

　　在LEDsAsLightSensors[7]作者Zorink演示了紅色LED兩端產(chǎn)生的電壓在不同的光強(qiáng)下是不同的。光線越強(qiáng)，LED電壓越大。

　　▲紅色LED在不同的光強(qiáng)下，兩端產(chǎn)生不同的電壓

　　通過引用的WiKiPedia的內(nèi)容，LED相應(yīng)光譜的波長(zhǎng)等于或小于LED發(fā)送的光譜波長(zhǎng)。比如綠色的LED，它可以對(duì)綠色或藍(lán)色產(chǎn)生相應(yīng)的電壓，但不能對(duì)紅色產(chǎn)生響應(yīng)。

　　但是，Zorink雖然也通過實(shí)驗(yàn)顯示，LED可以產(chǎn)生相應(yīng)的直流電壓，但普通萬用表的電流齒輪無法測(cè)試LED可以輸出的電流。LED將光轉(zhuǎn)換為電能的效率很低。

　　在LEDASaLIGHTSENSOR[8]演示使用LED作為光傳感器的實(shí)驗(yàn)，并在ArduinoUNO上通過ADC讀取LED上面的電壓控制另一個(gè)LED點(diǎn)亮和關(guān)閉。

　　▲利用Ardiuno來檢測(cè)LED上面的光敏電壓控制另一個(gè)LED的狀態(tài)

　　類似的實(shí)驗(yàn)也在文章中USINGLEDASALIGHTSENSOR?SEEHOWISITPOSSIBLE[9]給出。

　　2.應(yīng)用LED制作觸摸屏的矩陣

　　在Multi-TouchSensingthroughLEDMatrixDisplays[10]作者上載了一個(gè)基于LED由陣列制成的觸摸屏。通過測(cè)量顯示LED對(duì)于光檢測(cè)信號(hào)，可以獲得手指在觸摸屏上的位置和觸摸強(qiáng)度。

　　▲使用LED實(shí)現(xiàn)觸摸感知的矩陣

　　不幸的是，這個(gè)網(wǎng)頁沒有透露更多的技術(shù)細(xì)節(jié)。

　　同樣，博文也提到早在1977年，F(xiàn)orrestM.Mins就在它的"Engineer'sNotebooks"提到，LED可用于光電二極管。

　　來自于Altera公司的白皮書，UsingLEDsasLight-LevelSensorsandEmitters[11]給出利用LED在關(guān)閉期間感知環(huán)境光強(qiáng)，并將其作為控制發(fā)光的反饋PWM進(jìn)而使輸出光信號(hào)的對(duì)比度保持一致。

　　▲利用LED感知環(huán)境光作為反饋控制LED發(fā)光強(qiáng)度

　　3.用三極管放大LED反向光敏電流

　　Activity:LEDaslightsensor[12]是來自AD公司網(wǎng)站W(wǎng)iKi一篇文章介紹了三極管的使用，達(dá)林頓管將是紅色的LED反向光敏電流放大后，獲得周圍光變化的實(shí)驗(yàn)。

　　▲用達(dá)林頓管放大LED光敏反向電流

　　◎?qū)嶒?yàn)元件：

　　NPN三極管：2N3904，或者SSM2212

　　電阻：100kΩ，2.2kΩ

　　LED：紅、黃、綠

　　紅外LED：QED-123

　　在LEDAsLightSensor[13]用運(yùn)放放大LED反向光敏電流(1)MΩ電阻)會(huì)產(chǎn)生光強(qiáng)信號(hào)。

　　▲CircuitDiagramofanLEDaslightsensor

　　4.LED作為光敏二極管的動(dòng)態(tài)特性

　　JonClift的博文ExperimentingWithUsinganLEDasaLightSensor在[14]中使用OP177來放大紅色LED反向光敏電流方案。LED作為光敏二極管的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。