怎么在PYB Nano上用LED测光强

发布时间：2022-01-05 19:19:30 作者：柒染
来源：亿速云阅读：164

# 怎么在PYB Nano上用LED测光强

## 引言

在嵌入式开发中，利用LED反向测量环境光强度是一种低成本且有趣的方案。本文将详细介绍如何使用PYB Nano开发板（基于STM32的MicroPython开发板）通过LED实现简易光强检测，涵盖硬件连接、原理分析、代码实现及优化方法。

---

## 一、硬件准备

### 所需材料
1. **PYB Nano开发板**（主控STM32F401）
2. **LED**（普通发光二极管，建议使用透明封装）
3. 杜邦线若干
4. 电阻（可选，用于保护电路）

### 硬件连接
将LED的正极（长脚）连接到PYB Nano的任意GPIO引脚（如`PA0`），负极接地（GND）。由于LED在反向工作时作为光敏元件，无需额外电阻。

PYB Nano引脚图参考： PA0 ─── LED+ GND ─── LED-


---

## 二、原理说明

### LED的光电效应
LED在反向偏置时，PN结会因光照产生微弱的光电流。光强越强，反向漏电流越大，通过测量电容放电时间或ADC读取电压即可间接反映环境光强度。

### 测量方法
1. **电容放电法**（无ADC时）：
   - 对GPIO连接的电容充电后，切换为输入模式，记录LED光电流导致的放电时间。
2. **ADC直接读取**（推荐）：
   - 利用PYB Nano内置ADC读取LED两端的电压变化。

---

## 三、代码实现

### 方法1：ADC直接读取
```python
from pyb import Pin, ADC
import time

# 初始化ADC（假设LED接PA0）
adc = ADC(Pin('PA0'))

def read_light_intensity():
    # LED反向偏置，设置为模拟输入
    Pin('PA0', Pin.ANALOG)
    val = adc.read()  # 读取ADC值（0-4095）
    return val

while True:
    light = read_light_intensity()
    print("Light Intensity:", light)
    time.sleep_ms(500)

方法2：电容放电法（无ADC）

from pyb import Pin
import time

led_pin = Pin('PA0', Pin.OUT_PP)

def measure_discharge_time():
    # 充电
    led_pin.value(1)
    time.sleep_us(10)
    
    # 切换为输入并计时放电
    led_pin.init(Pin.IN)
    start = time.ticks_us()
    while led_pin.value():
        pass
    end = time.ticks_us()
    return time.ticks_diff(end, start)

while True:
    t = measure_discharge_time()
    print("Discharge Time (us):", t)
    time.sleep_ms(200)

四、校准与优化

1. 数据校准

在完全黑暗和强光下记录ADC极值，线性映射到0-100%光强：


dark_val = 100   # 无光时的ADC值
bright_val = 3000  # 强光时的ADC值
normalized = (val - dark_val) / (bright_val - dark_val) * 100

2. 硬件优化

并联电容：在LED两端并联10nF电容可增强信号稳定性。
遮光处理：用热缩管包裹LED避免干扰。

3. 软件滤波

# 滑动平均滤波
readings = [0] * 5
idx = 0

def filtered_reading():
    global idx
    readings[idx] = read_light_intensity()
    idx = (idx + 1) % 5
    return sum(readings) // 5

五、实际应用示例

光控开关

当光强低于阈值时自动打开板载LED：

from pyb import LED

threshold = 1500
while True:
    if read_light_intensity() < threshold:
        LED(1).on()
    else:
        LED(1).off()
    time.sleep_ms(100)

六、常见问题

读数不稳定：
- 检查电源噪声，尝试添加滤波电容。
灵敏度不足：
- 换用透明封装LED，或调整测量间隔。
ADC范围有限：
- 使用运算放大器放大信号（如LM358）。

结语

通过LED反向测量光强，我们以极低成本实现了环境光检测。此方案虽精度有限，但适合对成本敏感的原型开发。PYB Nano的MicroPython特性使得快速验证成为可能，读者可进一步探索多LED阵列或结合PWM输出更复杂的应用。

扩展阅读：
- MicroPython ADC文档
- 《嵌入式传感器设计实战》 “`

（全文约980字，可根据需要增减细节）