Convertitore da segnali luminosi a I2C. Al tempo in cui mio padre esercitava la professione di ingegnere elettrico (anni ‘80) il componente più usato come sensore luminoso era il fotoresistore.

Ho notato interessanti soluzioni realizzate con questi componenti passivi, come ad esempio "l'opzione automatizzata" che permette l'accensione automatica delle luci sui veicoli modello Dacia 1300 al sopraggiungere del buio. Da allora il mercato si è evoluto ed ora il "light conversion" è diventato un trend; è possibile trovare sul mercato sensori che offrono non solo un’uscita digitale, ma anche la possibilità di utilizzarla attraverso interfacce d’uso comune.

Convertitore da segnali luminosi a I2C

L’optoelettronica solitamente utilizza componenti che operano nello spettro dell’infrarosso, non visibile all’occhio umano. I fotoresistori, i fotodiodi e le fotoresistenze sono stati i primi componenti sensibili alle stesse lunghezze d’onda dell’occhio umano. Purtroppo la loro risposta in uscita era un segnale analogico, e a quell’epoca non esistevano i microcontrollori e gli ADC (l’elettronica era molto più complessa!).

Anche oggi si preferisce la trasmissione di segnali digitali rispetto a segnali analogici, e questa scelta è forse rafforzata dal fatto che i campi elettromagnetici e le emissioni irradiate sono molto maggiori rispetto a 20 anni fa. Questo ha portato come risultato ad avere un mercato maturo per la comparsa di sensori luminosi digitali.

L’ultimo sensore apparso sul mercato è l’ISL29020 di Intersil. Nel seguente grafico potete trovare una comparazione tra la risposta spettrale di questo sensore e la sensibilità di un comune fotoresistore.

Sono rimasto impressionato dalle potenzialità di questi sensori, che ho avuto modo di testare avendone ricevuti alcuni campioni da un collega che stava “sgomberando” la sua scrivania (la sgomberava purtroppo in maniera definitiva, visto che l’industria meccanica IS è in recessione).

Già al primo impatto, il sensore ha dimostrato una risposta spettrale molto vicina a quella dell’occhio umano, scartando gli UV e IR dell’ambiente e riducendo lo sfarfallio posseduto dalle sorgenti luminose artificiali a 50 e 60 Hz.

Il sensore opera a valori di corrente molto bassi (65uA in modalità attiva!), il che lo rende un componente ideale per applicazioni con alimentazione a batteria. Il vero e proprio sensore è composto da un semplice array di fotodiodi sensibili alla luce ma l’IC contiene anche la circuiteria necessaria per la trasmissione tramite bus I2C dei dati catturati dall’array. Il componente può operare in modalità slave sul bus, utilizzando un metodo di indirizzare dei segnali predefinito, che può essere modificato attraverso un pin di indirizzamento.

Molto interessante (per lo meno per un ingegnere meccanico) è il range delle temperature di lavoro in cui il sensore può operare: da -40° a +85° gradi Celsius, valori che lo rendono ”quasi” meccanicamente qualificato (anche se serve molto di più per ottenere il bollino AEC).

Comunque, visto che non sono quel tipo di persona che lascia inutilizzati componenti IC nei cassetti (specialmente IC nuovi), ho preparato una piccola scheda stampata con un circuito che mi permetta di testare il funzionamento dell’ISL29020.

Per la preparazione mi sono serviti un piccolo microcontrollore, il sensore e un LED collegato al microcontrollore; il LED viene pilotato in PWM, e funzionerà sempre con un’uscita inversamente proporzionale ai valori del sensore luminoso (cioè quando il sensore rileva una grande quantità di luce il LED sarà spento; quando il sensore rileva buio completo sarà acceso; con luce attenuata, il LED avrà anch’esso una luce attenuata).

Ho dovuto lavorare un poco sulle saldature, poichè il sensore ha dimensioni di 2.1 mm x 2 mm che non ne hanno reso semplice l’installazione, ma alla fine sono riuscito a assemblare i componenti in questo schema:

Pur sapendo che il microcontrollore sarebbe stato poco adatto all’applicazione, mi sono dovuto adattare perché questi erano i componenti a mia disposizione. Infatti volevo prevalentemente controllare il funzionamento del sensore, e non mi interessava sperimentare l’implementazione software del protocollo I2C. Alla fine dell’esperimento, ho appurato che il sensore funziona esattamente secondo le mie aspettative e ho deciso che il mio prossimo progetto sarà modificare la mia Golf 2 (1986, 1.6 TD) in modo che le luci si accendano automaticamente quando l’ambiente diviene troppo buio.

Pensandoci, questo minuscolo sensore è addirittura più piccolo di qualsiasi fotoresistore, fotodiodo o fototransistore che io abbia mai visto.

Leggi la versione inglese: Light to I2C converter