▌01是否LED可用作光敏感器?

　　我們都知道，一個動態(tài)圓形電磁揚聲器既可以播放聲音，也可以作為麥克風來檢測聲音。同樣，DC電機可以將電能轉(zhuǎn)換為動能，也可以將動能轉(zhuǎn)換為電能。所以，一個LED光也可以轉(zhuǎn)化為電信號，然后可以用作光電傳感器嗎?

　　1.電磁檢測方案

　　紅外(激光)對照光電開關(guān)最早用于智能汽車競賽車型的計時。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，因此設計對齊等操作比較麻煩，而且由于車型碰撞，也容易出現(xiàn)計時錯誤。

　　后來，更換為電磁感應原理的車輛模式檢測方案[3]只需在檢測現(xiàn)場的軌道下鋪設線圈，并使用安裝在車輛模式上的永磁鐵產(chǎn)生觸發(fā)信號。檢測線圈相對隱蔽，不易被碰撞損壞，但有一定的確定性：例如，當車輛模式運行緩慢或安裝在車輛模式上的永磁鐵相對較小時，可能導致無法計時;同時，由于周圍安裝了無線充電設備，也會導致誤觸發(fā)。

　　2.光電檢測方案

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

　　▲測量光帶檢測的靈敏度

　　并對該方案進行了測試，無論是在室內(nèi)環(huán)境中，光線相對較弱的情況下，還是在室外陽光下都能自動識別檢測性能。

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

　　▲白色膠帶覆蓋后的檢測性能

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

　　▲在斑馬帶中間鋪設感光帶

　　3.如何降低成本

　　前面使用的光電檢測板基本上使用了具有相同性質(zhì)的光敏三極管或半導體器件。當模具輪胎壓力過大時，光敏裝置的入射光強度會影響電流和電壓的變化，然后使用單片機進行檢測。

　　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45cm的有限檢測范圍內(nèi)，一個光電檢測板可能需要20-50個光敏管。

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

　　與光電管的成本相比，LED價格要低得多。例如，對于0603封裝的紅色LED，100支的價格只有幾塊錢，遠低于普通光敏三極管的價格，所以我們提出是否可以使用LED制作光電檢測板的問題。

　　▌02LED光線檢測

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

　　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下是不同的。光線越強，LED電壓越大。

　　▲紅色LED在不同的光強下，兩端產(chǎn)生不同的電壓

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

　　但是，Zorink雖然也通過實驗顯示，LED可以產(chǎn)生相應的直流電壓，但普通萬用表的電流齒輪無法測試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作為光傳感器的實驗，并在ArduinoUNO上通過ADC讀取LED上面的電壓控制另一個LED點亮和關(guān)閉。

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

　　類似的實驗也在文章中USINGLEDASALIGHTSENSOR?SEEHOWISITPOSSIBLE[9]給出。

　　2.應用LED制作觸摸屏的矩陣

　　在Multi-TouchSensingthroughLEDMatrixDisplays[10]作者上載了一個基于LED由陣列制成的觸摸屏。通過測量顯示LED對于光檢測信號，可以獲得手指在觸摸屏上的位置和觸摸強度。

　　▲使用LED實現(xiàn)觸摸感知的矩陣

　　不幸的是，這個網(wǎng)頁沒有透露更多的技術(shù)細節(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，并將其作為控制發(fā)光的反饋PWM進而使輸出光信號的對比度保持一致。

　　▲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驗。

　　▲用達林頓管放大LED光敏反向電流

　　◎?qū)嶒炘?/p>

　　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]用運放放大LED反向光敏電流(1)MΩ電阻)會產(chǎn)生光強信號。

　　▲CircuitDiagramofanLEDaslightsensor

　　4.LED作為光敏二極管的動態(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態(tài)響應特性。