Фоторезистор (LDR): измеряем свет с Arduino и делаем автоматический ночник

LDR (Light Dependent Resistor) — это, как следует из названия, резистор, сопротивление которого зависит от света; его ещё называют фоторезистором. В темноте его сопротивление очень большое, а чем больше света, тем оно меньше. Уличные фонари, которые включаются в сумерках, автоматические ночники и игрушки, реагирующие на свет, работают на этой простой детали. Она дешёвая, не имеет полярности и подключается к Arduino с одним резистором — идеальный старт для первого проекта со светом.

Как работает LDR?

Зигзагообразный узор на поверхности LDR — светочувствительный полупроводник, сульфид кадмия (CdS). Когда на него падает свет, фотоны освобождают в материале электроны, он лучше проводит ток, и сопротивление падает. Изменение нелинейное и относительно медленное (десятки миллисекунд). Поэтому LDR идеален для решений вроде «темно или светло?» и для грубой оценки освещённости, а не для точного измерения в люксах.

Значения зависят от модели. Чаще всего в наборах встречается GL5528; его «родственники» GL5516, GL5537 и GL5539 при том же свете показывают другое сопротивление. Значения своего LDR легко узнать, измерив его мультиметром в темноте и на свету.

Подключение к Arduino: делитель напряжения

Arduino измеряет напряжение, а не сопротивление. Поэтому LDR подключают вместе с постоянным резистором, образуя делитель напряжения: 5V → LDR → A0 → 10 kΩ → GND. Чем больше света, тем меньше сопротивление LDR и тем выше напряжение на A0. Напряжение на A0 равно V = 5 × R_пост / (R_LDR + R_пост), а analogRead() превращает его в число от 0 до 1023. Чтобы попробовать разные номиналы резисторов, воспользуйся калькулятором Делитель напряжения.

Чтение уровня освещённости с Arduino

1const int LDR_PIN = A0;
2
3void setup() {
4  Serial.begin(9600);
5}
6
7void loop() {
8  int raw = analogRead(LDR_PIN);            // 0 (karanlık) – 1023 (aydınlık) / dark – bright
9  int percent = map(raw, 0, 1023, 0, 100);  // yüzde / percent
10  Serial.print("Ham / raw: ");
11  Serial.print(raw);
12  Serial.print("  Işık / light: %");
13  Serial.println(percent);
14  delay(500);
15}

С помощью плоттера по последовательному соединению (Serial Plotter) в Arduino IDE можно смотреть на значение в виде живого графика. Если закрыть LDR рукой, график падает, а если посветить фонариком — растёт. Это самый простой способ найти правильный порог для проекта, когда датчик стоит там, где будет работать на самом деле.

Автоматический ночник: порог и гистерезис

Самый простой ночник работает по правилу «если значение меньше 300, включи светодиод». Но когда освещённость колеблется прямо около порога, лампа то включается, то выключается, а если её собственный свет попадает на LDR, всё ещё хуже. Решение — гистерезис, то есть два разных порога. Код ниже включает лампу, когда свет падает ниже 300, а выключает, только когда он поднимается выше 400; промежуток между ними полностью убирает мерцание.

1const int LDR_PIN = A0;
2const int LED_PIN = 9;
3const int ON_LEVEL = 300;    // bunun altında yak / turn on below this
4const int OFF_LEVEL = 400;   // bunun üstünde söndür / turn off above this
5
6bool lampOn = false;
7
8void setup() {
9  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
10}
11
12void loop() {
13  int light = analogRead(LDR_PIN);
14  if (!lampOn && light < ON_LEVEL) lampOn = true;
15  if (lampOn && light > OFF_LEVEL) lampOn = false;
16  digitalWrite(LED_PIN, lampOn ? HIGH : LOW);
17  delay(200);
18}

Светодиод, который становится ярче в темноте

Вместо включения и выключения можно сделать так, чтобы светодиод постепенно разгорался по мере того, как темнеет. Функция map() превращает измеренный свет в обратно пропорциональное значение PWM: чем темнее в комнате, тем ярче светодиод, и чем светлее — тем он тусклее. Не забудь подключить светодиод к PWM-пину со знаком ~ (например, 9).

1void loop() {
2  int light = analogRead(A0);
3  int brightness = map(light, 100, 900, 255, 0);  // karanlık → parlak / dark → bright
4  analogWrite(9, constrain(brightness, 0, 255));
5  delay(50);
6}

Модули LDR: цифровой и аналоговый выходы

На готовых модулях LDR на одной плате стоят сам LDR, резистор делителя, синий подстроечный резистор для порога и компаратор LM393. Пин AO выдаёт аналоговый сигнал делителя, а пин DO — только HIGH или LOW в зависимости от порога, заданного подстроечником. На большинстве модулей DO переходит в LOW, когда светлее порога, и в HIGH, когда темнее; проверь свой модуль быстрым тестом.

LDR с ESP32 и Raspberry Pi Pico

ESP32 и Pico работают от 3,3 V, поэтому питай делитель напряжения от пина 3V3. АЦП у ESP32 12-битный и возвращает значения от 0 до 4095. Пины ADC2 не работают, пока включён Wi-Fi, поэтому подключай LDR к одному из пинов ADC1 (GPIO 32–39). На Pico аналоговые входы — GP26, GP27 и GP28; read_u16() в MicroPython возвращает значения от 0 до 65535:

1from machine import ADC, Pin
2import time
3
4ldr = ADC(26)                  # GP26 (ADC0); bölücü 3V3'ten / divider fed from 3V3
5led = Pin(15, Pin.OUT)
6
7while True:
8    light = ldr.read_u16()     # 0 (karanlık) – 65535 (aydınlık) / dark – bright
9    led.value(light < 20000)   # karanlıkta yak / on when dark
10    print(light)
11    time.sleep(0.5)

LDR или цифровой датчик освещённости?

Идеи проектов с LDR

• Автоматический ночник: лампа, которая включается в темноте и благодаря гистерезису не мерцает.
• Умный свет в коридоре: объедини LDR с PIR-датчиком движения, чтобы свет загорался, только когда темно и кто-то проходит мимо.
• Панель, следящая за солнцем: поворачивай сервопривод по разнице показаний двух LDR, чтобы направить панель в самую яркую сторону.
• Лазерная охранная система: направь лазерный луч на LDR; когда луч прерывается, включай тревогу.
• Цветная фоновая подсветка: смещай цвет RGB-светодиода к тёплым оттенкам по мере того, как темнеет.
• Будильник по рассвету: включай зуммер с первыми лучами утреннего света.

Частые ошибки и как их исправить

• Значение всегда 0 или всегда 1023: нет постоянного резистора, или LDR подключён прямо между 5V и A0; собери делитель напряжения.
• Значения работают наоборот: LDR и постоянный резистор поменялись местами; если значение растёт в темноте, поменяй их местами или инвертируй сравнение в коде.
• Лампа мерцает: свет лампы попадает на LDR или используется один порог; добавь гистерезис.
• Задержка, когда темнеет: LDR переходит от света к темноте медленнее, чем от темноты к свету; задержка в несколько секунд — это нормально.
• Попытка измерить люксы: LDR — не откалиброванный датчик; для настоящих значений в люксах используй BH1750.
• Показания ломаются, когда на ESP32 включается Wi-Fi: LDR подключён к пину ADC2; перенеси его на один из пинов ADC1 между GPIO 32 и 39.

LDR — самый простой способ освоить аналоговое чтение и идею делителя напряжения, а полученные знания пригодятся со многими аналоговыми датчиками: влажности, газа, температуры. Если интересно, как работают резисторы делителя, загляни в статью Что такое резистор?; в приложении BlueGrays есть пошаговые проекты с LDR — ночник, измеритель освещённости и лазерная охрана.