Arduino et photorésistance

Cet article intéressera peut-être les électroniciens amateurs ou utilisateurs d'Arduino.

Une utilisation assez fréquente de l'Arduino, c'est la réalisation d'un montage très simple permettant d'allumer ou d'éteindre un dispositif électrique en fonction de la luminosité. Les exemples sont nombreux : allumer des lampes extérieures le soir quand la nuit tombe, et les éteindre au lever du jour, ouvrir ou fermer une porte (exemple : poulailler) au jour ou à la nuit tombée.

On utilise pour ça une photorésistance, qui agit comme un potentiomètre "automatique" : quand la cellule reçoit peu ou pas de lumière, sa résistance interne devient très élevée, quand elle reçoit de la lumière, sa résistance devient très petite.
ça ressemble à ceci, et ne coûte que quelques dizaines de cents dans n'importe quel magasin d'électronique :


On réalise alors un montage ultra simple, comme celui-ci :



La photorésistance se comporte comme un potentiomètre, sa résistance varie avec la luminosité, et on lit avec le programme la valeur renvoyée sur l'entrée A0 la valeur renvoyée, un nombre entre 0 et 1023. Quand il fait "nuit", la valeur est toute petite, quand il fait "clair", la valeur devient grande. On lit cette valeur, et en fonction, avec quelques lignes de code, on décide par exemple d'activer ou non un relais pour allumer/éteindre un dispositif.

Le problème, bien connu et qui constitue un vrai problème, c'est que la variation de la résistance de la photorésistance n'est pas linéaire, mais logarithmique :


La courbe bleue est la variation de résistance en fonction du flux lumineux, la courbe orange pointillée est un logarithme parfait. On voit que la réponse de la photorésistance est bien logarithmique. La courbe verte toute droite est la courbe linéaire idéale que je souhaitais obtenir.

On voit qu'au départ, une toute petite variation de flux entraîne un énorme et rapide changement de valeur, alors que plus on avance, plus la courbe devient plate.

Tout le problème est là :

• ça empêche de faire des mesures précises
• ça rend le réglage du dispositif (transition jour/nuit) extrêmement pénible

Pour régler ce problème, il serait bien plus intéressant d'avoir une réponse linéaire (représentée par la courbe verte sur le diagramme ci dessus) : la valeur de la résistance serait une droite dépendant de la valeur du flux lumineux. Le réglage devient alors beaucoup plus facile, on peut faire des mesures précises du flux, etc.

L'astuce retenue est simple (je simplifie) : on réalise un tableau de correspondance entre la valeur "brute" renvoyée par le capteur, et la valeur linaire souhaitée. Il faut un peu chipoter et faire des mesures, mais assez rapidement, on peut réaliser un tel tableau de correspondance : voici les valeurs pour mon diagramme :


Il faut un peu de prog en plus, mais rien de méchant.

Voici pour info ce que j'obtiens en vrai : en bleu la réponse brute du capteur, en orange la réponse linéarisée comme expliqué ci dessus.On va bien de 0 à 1023 dans les 2 cas, mais de façon bien plus fine et contrôlée avec la réponse orange




Ceci rend le réglage très facile, et surtout permet si on veut de faire par exemple de vraies mesures fines d'ensoleillement par exemple. Le même principe est utilisable avec un potentiomètre (la plupart sont aussi logarithmiques) pour le rendre linéaire.

J'espère que ça aura intéressé quelques lecteurs, ça m'a donné aussi l'occasion de taper sur mon clavier ce qui d'après le chirurgien est une très bonne kiné pour revalider la mobilité de mon index blessé

Malgré que tu sois diminué, tu continues de nous faire des articles de qualité, merci !

J'avais fait un truc du genre avec un tableau dont la fin pointait sur le début, la moyenne des valeurs du tableau définissait les points de changements d'état. ca permet de 'lisser' la courbe et d'éviter des "coups de soleil" , mais j'avoue que faire une lookup table est élégant -)

j'ai lu qu'entre 2 cellules il y avait parfois de fortes différences de caractéristiques. Même quand elles proviennent du même lot. Pas encore testé moi-même. Merci pour l'idée du tableau de corespondance

Je ferai une réponse détaillée dans le journée, je suis justement en train de faire un test réel, toujours en cours d'exécution.
Je peux déjà vous dire qu'en pratique, ça n'a en faite aucune espèce d'importance, mais j'expliquerai tout ça.

Pourquoi ne pas déterminer les paramètres a et b de la courbe theorique Y=a+b ln x (la courbe orange passant le mieux par les points blueu). Cela donnerait des valeurs de sortie continue, est moins sensible a côté "expérimentals" des valeurs discrètes relevées (courbe bleue).

Avec la table, avez vous interpoler la valeu entre deux points, cela enlèverait la progression "en escalier"

hello
il fut un temps ou je controlait ces cellules, la base était un tout ou rien, donc totalement impossible d'en faire un instrument de mesure , à l'époque on avait fait des tests pour équiper les fusées Arianne, mais pas concluant avec des LDR, et de mémoire, ils se sont diriger vers des capteurs au sélénium

@jack333 et @steph1969

Il faut d'abord comprendre qu'une cellule de type résistance photo-électrique, c'est une résistance variable, qui en fonction de son exposition à la lumière (en général exprimé en Lux), offre une certaine résistance:

• Très élevée (jusqu'à plusieurs mega-ohms dans le noir total
• Très faible (de quelques dizaines de ohms à quelques centaines de ohms, voire quelques Kohms)

Comme le disait Jack, ça peut varier pas mal d'un fabricant à l'autre, (je fais un second post pour expliquer pourquoi ce n'est pas si important) et même dans un même lot. Il faut bien comprendre aussi 2 choses :

• 
  
• Ce sont des composants de masse, disponibles pour quelques cents
• Ce ne sont PAS des composants qui sont par nature fait pour mesurer une valeur exacte en Lux : ils ont juste une plage de résistance qui varie en fonction de l'exposition à un flux lumineux
• Ces composants sont connus pour avoir une réponse NON Linéaire. Pire encore, ce n'est même pas la même courbe de réponse en fonction de la gamme (ça a une certaine forme entre 0 et 100 Lux par exemple, et une autre entre 100 Lux et 150.000 Lux).

Pour info, voici la courbe réelle, brute, de données réelles obtenues ce matin (entre 4h30 et 9h30 plus ou moins), en prenant une mesure toutes les 30 secondes (on peut discuter de la méthode, mais c'est un autre sujet). Bref, voici les données brutes de chez brutes :



On voit bien que pour les très faibles valeurs (les toutes premières lueurs de l'aube avant même le lever du soleil (il est entre 4h30 et 5h30 du matin), la courbe (en gros jusqu'à l'abscisse 1048) a une allure exponentielle, les valeurs restant super basses (mon dispositif renvoie des valeurs entre 0 et 1000, plus ou moins) et les valeurs jusqu'à l'abscisse 1048 (donc entre 4h30 et 5h30) vont de 4 à 87...

Ensuite, à partir de 1048 en abscisse sur ma courbe, la forme change et devient un bon vieux logarithme, en tout cas assez proche d'un logarithme. La même courbe brute devient :



On est ici dans un régime plus adaptée à la cellule, la courbe se passe entre 5h30 et 9h30.
Ici, un log est une bonne approximation.

Jack : il faut bien comprendre qu'il n'y a pas de courbe théorique. Les datasheets des fabricants sont au pire inexistants, au mieux ils donnent quelques valeurs indicatives en fonction des Lux, des courbes de réponse sur de petits intervalles, bref, rien de vraiment utilisable.

Pour rire, la cellule que j'utilise et dont j'ai les specs dit : 2000 ohms en pleine lumière, 1 megaohm noir total; Je fais des mesures au résistancemètre : dans le noir total, j'ai plus de 2 megaohms, et avec une lampe torche de forte puissance en plein dessus, je tombe à 100 ohms. C'est dire la fiabilité des specs des fabricants.

Bon, après un peu de travail sur les données et pour rester dans la plage exploitable, je trouve ceci, mesurée environ entre 5h30 (il faisait encore bien noir) et 9h30 (le jour était bien levée et de toute façon les valeurs n'évoluent plus que très peu.

J'ai ajouté en orange la droite passant par les points bas et hauts:



Ne pas oublier une chose : je mesure ici une valeur physique (l'éclairage), sur lequel je n'ai pas de pouvoir : un nuage peut passer devant le soleil, etc. Ce qui explique que la courbe réelle ne soit pas un log parfait. C'est dû aussi bien sur au fait que ces composants ne sont ni linéaires, ni réguliers.

On arrive à la partie intéressante de l'interpolation.

Les points de la courbe bleue sont très rapprochés : je fais une mesure toutes les 30 s (c'est beaucoup trop, toutes les 90 s serait TRES suffisant), et je garde la mesure si elle diffère de la précédente. J'ai donc pour chaque point son abscisse (l'heure de mesure) et son ordonnée (la valeur lue).
Entre 2 points consécutifs de la courbe et parce qu ils sont très proches), une droite est une approximation "parfaite", en tout cas aussi parfaite que ce que le capteur peut donner.

Connaissant pour les 2 points leurs X et leur Y, il est trivial de calculer l'équation de la droite passant par ces 2 points, sous la forme Y = aX + b. Mais je peux aussi dire que X = (Y-b)/a.

Et ça, c'est cool, parce que je connais aussi (par définition), l'équation de la droite orange. Connaissant le X d'une valeur quelconque sur la courbe bleue, je peux trouver de façon tout aussi triviale le Y sur la courbe orange, et obtenir ainsi une très bonne interpolation linéaire, que je peux ramener à une valeur entre 0 et 100% par uns simple règle de 3. Cette approximation linéaire est pratique, parce que c'est bien plus simple alors de régler finement un système que l'on veut déclencher en fonction d'une valeur linéaire en % plutôt qu'en utilisant des valeurs brutes qui en effet peuvent différer d'un capteur à l'autre, entre autre.

Voilà pour la théorie de l'interpolation.

Post suivant : pourquoi les specs exactes ne sont pas si importantes ...

@jack333

Pour mesurer la valeur d'une résistance variable ou potentiomètre, ou autre truc résistif, on utilise ce qu'on appelle un diviseur de tension.

ça marche comme ça:


et en vrai


On relie un coté du dispositif variable (ici la photorésistance) au +5V, on relie l'autre extrémité à une résistance R1, dont on relie la seconde patte au GND de l'Arduino.

On branche un fil entre les pattes des 2 composants, et on le relie à une entrée analogique (genre A0).
La valeur (une tension donc, entre 0 et 5V) va être convertie en une valeur sur 10 bits (c'est la résolution du Convertisseur Analogigue/numérique) de l'Arduino, donc entre 0 et 1023.

Cette valeur va varier (entre 0 et 1023 au MAX, mais souvent on fait des compromis, donc par exemple entre 100 et 900) en fonction de 1) les valeurs min/max de la partie variable, 2) la valeur de R1.

Toute l'astuce qui ne peut être que expérimentale consiste à choisir une bonne valeur pour R1. Elle doit être choisie en fonction de ce qu'on veut mesurer, de l'allure qu on veut pour la courbe de réponse, etc.
Si le dispositif variable à une large plage (comme ici, de quelques centaines de ohms à plusieurs mega), on choisit R1 selon qu'on désire que le dispositif réagisse de façon globale en renvoyant sur A0 soit la plage la plus large possible (de 0 à 1023), soit qu'il soit sensible dans une plage donnée (petite varation aux faibles ou aux grandes valeurs).

Tout dépend donc de ce que tu veux faire avec ton dispositif, et c'est pour ça qu'on se fiche des specs exactes de la cellule. Il faudra de toute façon choisir R1 en fonction du besoin, de l'usage.

Moi par exemple, je souhaite qu'il ait un joli log bien arrondi entre les premières lueurs de l'aube et "le jour est bien levé". Je me moque que la courbe soit plate (réagisse peu) aux fortes valeurs d'ensoleillement : en gros, je me fiche de savoir si il y a un plus de soleil un beau jour de juin entre 14h et 16h, ce que je veux savoir (pour l'usage que je veux faire là maintenant, c'est distinguer entre il "fait bien clair" (par exemple assez pour lire sans lumière) et "il fait sombre" (il faut allumer une lampe...). C est à ça qu'est destiné mon montage, CE montage là en particulier.

J'ai trouvé que une résistance fixe R1 de 57K me donnait une courbe comme je voulais, pour mon appli, pour cette cellule, pour mon usage.

Je peux maintenant régler mon montage finale en utilisant cette courbe et le programmer en disant :
- si la lampe est éteinte, allume si la valeur est en dessous de 30% (sur la courbe linéaire orange)
- si la lampe est allumée, éteint si la valeur est au dessus de 35% (sur la courbe linéaire orange)

(on choisit 2 seuils différents pas trop proches pour éviter un effet de "clignotement" quand on est aux limites.

En résumé : la table de correspondance de l'un ne peut servir à un autre, et même d'une application à l'autre, il faudra de toute façon passer par un peu d’expérimentation pour bien choisir R1.

Ce qui compte dans l'histoire, c'est la méthode.

En espérant avoir répondu à ta question.

ok..
juste une question, ... est-ce que la progression de la luminosité (en lux ?) est linéaire par rapport au temps ?
autrement dit on ne sait pas si la forme de la courbe entre 5h30 et 9H30 est due au capteur ou à la lunimosité réelle ?
Dans ce cas vous n'allumez pas la lampe à 35% de luminosité, mais a la luminosité qu'il y a après 35% du temps entre la nuit et le jour ...

Excellente question. La progression de la luminosité au cours de la journée est un truc complexe à calculer, qui dépend de pas mal de facteurs comme la saison, la latitude, des effets spéciaux de relief, etc. Mais ces facteurs ont une influence très très petite.

MAIS en gros, c'est très proche de linéaire, en effet.

L'allure de la courbe que j'ai mesurée est bien liée au capteur (c'est de toute façon un effet connu). Mais la question est excellente

ici, une journée de printemps :

Hello à tous !

Si pour usage en extérieur, n'oubliez pas l'effet de la température...

raoul89 a dit:

Hello à tous !

Si pour usage en extérieur, n'oubliez pas l'effet de la température...

Cliquez pour agrandir...

C'est vrai, en tout cas en théorie. Ca devient à prendre en compte surtout à basse température.

Bon à moins d'habiter à Iakoutsk ou à Virton (), on reste dans une plage -10 °C (qq jours par an) à 30 °C (qq jours par an), le reste du temps en Belgique, les températures moyennes sont comme ça :



on reste proche des 100% du constructeur :



De toute façon, les 5 à 10% au pire de changement de résistance (surtout aux températures négatives) n'ont qu'un impact limité sur les applications "amateur".

Mais c'est vrai que c'est un des (nombreux) défauts des photorésistances ! C'est chouette de le signaler.

On peut soit effectivement en tenir compte (le datasheet est là pour ça), ou s'en moquer totalement parce que l'application est bien réglée et renvoie des valeurs raisonnablement proches dans la zone d’intérêt, soit acheter un autre type de capteur (ça existe, à plusieurs centaines d'euros);

Ne pas oublier que 1 photorésistance, ça coûte 8 centimes d'euros pièce, frais de port inclus : https://www.aliexpress.com/wholesal...10318065603&origin=y&SearchText=photoresistor

Si on est pressé, on en trouve à 23 centimes/pièce sur Amazon

Hello

si certains sont intéressés de voir comment réaliser un petit dispositif permettant d’expérimenter avec les photo résistances, voici un modèle TinkerCad : https://www.tinkercad.com/things/lbLKouMvLoy-lightproto1/editel

C'est le même montage et le même code que le modèle réel que j'ai réalisé:



La seule différence est que TinkerCad efface son EEPROM à chaque redémarrage de la simulation. Si on veut voir les mesures prises, il faudra donc appuyer sur le bouton avant d'avoir pris 253 mesures.

Le code est structuré et TRES commenté, c'est donc simple de jouer avec le modèle ou avec un vrai Arduino. Bien lire la large section commentaire en début de code qui explique absolument tout.

Sinon, j'ai trouvé ceci sur Amazon : https://www.amazon.fr/gp/product/B08G4PBR5D/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o02_s00?ie=UTF8&psc=1

Excellent rapport qualité prix, et surtout plein de résistances photo électriques sont présentes (150), avec 6 modèles différents de la série GL55xxx, qui a le gros avantage d'être documenté avec le datasheet disponible en ligne (par exemple : https://www.kth.se/social/files/54ef17dbf27654753f437c56/GL5537.pdf).

Sur ce, bon amusement à ceux que ça intéresse, et bon Dimanche.

Dernier post de la série, qui peut faire gagner du temps à ceux qui voudraient jouer avec un Arduino et une photorésistance. (par ex: pour allumer une lampe le soir quand il "commence à faire sombre" et l'éteindre quand il commence à faire jour.)

La photorésistance (une GL5539) montée comme ceci :



Note : une autre photorésistance (par exemple une GL5537, fréquemment trouvée dans les "kits Arduino") donnera le même genre de réponses (j'ai testé, les valeurs brutes lues sont différentes, mais le comportement est le même).

<digression>
la valeur de résistance choisie (3K) est parfaite avec ce capteur pour mesurer finement (varier beaucoup) entre "sombre/nuit" et "lumineux/jour". En revanche, la courbe devient très plate pour les valeurs élevées au delà de 800. En ce moment par exemple, il fait beau, le soleil brille, il n'y a pas de nuages, je mesure:

• 976 à l'ombre contre une mur à l'ouest,
• 1009 à l'ombre sur ma terrasse à l 'ombre au nord et
• 1018 en plein soleil (rayons du soleil sur le capteur).

C'est donc tout plat. il n'y a qu'une différence de valeur brute de 9 entre plein soleil et à l'ombre coté sud), et une différence max de 42 entre plein soleil et franchement à l'ombre. Ces différences sont minimes et bien trop petites pour être exploitables.

Cette valeur de résistance n'est pas faite pour varier beaucoup et donc ne convient pas pour distinguer finement les variations lumineuses en cours de journée, entre ombre et soleil.

Si c'est ce genre mesures que l'on, souhaite faire, il faut une résistance différente (en l’occurrence une valeur plus petite).
Avec le même montage et une résistance de 270 ohms (au lieu de 3K (3000 ohms)), on obtient:

• 100 à l'ombre contre une mur à l'ouest,
• 260 à l'ombre sur ma terrasse à l 'ombre au nord
  
• 520 en plein soleil

Avec cette petite valeur de résistance, on a une différence totale de 420 entre plein soleil et ombre (520-100), ce qui est largement exploitable du coup pour faire des mesures fines de l'éclairage en cours de journée, ou pour mesurer la luminosité d'une pièce ou d'un lieu, etc. C'est vraiment un autre usage.
<fin de la digression>

Ces photorésistances sont disponibles chez n'importe quel revendeur d'électronique ou en ligne, par exemple ici.

La première étape a consisté en la prise de mesure, une mesure par minute, pas d'enregistrement si pas de variations.

Les mesures sont faites en extérieure, sur ma terrasse, à l'abri de toutes sources lumineuses parasites.
Les données brutes sont comme ceci, entre 18h49 et 19h44.



Quelques explications sur le graphique :

• Les 12 premiers points, de 18h49 à 19h00 montrent une diminution lente de la luminosité (la petite droite rouge)
• Les 5 points suivants, de 19h01 à 19h05 montrent un plateau presque horizontal (la petite droite jaune). A noter que cela correspond aux minutes qui correspondent à la minute précise du coucher du soleil officiel là ou j'habite, le 26/03)
• Les 23 points suivants, de 19h06 à 19h28 (la droite verte) montrent une diminution assez rapide et vraiment linéaire de la luminosité. Sur ce temps de 22 minutes, on va passer du jour à la nuit. C'est cette période qui nous intéresse.
• Les 11 dernier points (de 19h29 à 19h44), la petite droite violette, forment une courbe qui descend rapidement jusqu'à 0; Il fait nuit. Le crépuscule civil ce jour était à 19:37.

Comme mon utilisation est de détecter le passage jour/nuit pour allumer une lampe, je me suis concentré sur la période de diminution linéaire, de 19h06 (heure légale coucher du soleil) à 19h28 (il faisait "nuit").

Pendant cette période, je me suis placé pas loin du capteur, et j'ai noté mes impressions visuelles, à chaque fois que je percevais un changement.

Voici ce que ça donne, une fois projetée sur la courbe (qui est une droite quasi parfaite) :



Le tableau suivant est surement le truc le plus utile, car il permet en utilisant la même photorésistance et résistance (GL5539 et R=3K), de connaitre :

La relation "valeur lue par le capteur vs perception humaine"



Sur cette base, je peux maintenant réaliser toute sorte de montage, car je sais pour chaque valeur lue (ou pourcentage linéaire, ce qui est plus commode encore) quelle est la perception humaine correspondante.
Je pourrais donc à présent utiliser ce tableau pour n'importe quel montage ou j'ai besoin de savoir "ce que perçoit un humain" pour une valeur lue donnée.

En gros, je sais que:

• au dessus d'une valeur brute de 500, en gros au delà de 80%, on y voit comme en plein jour.
• Que jusqu'à 534 (plus ou moins 73%), ça reste très supportable sans lumière
• Qu'entre 50% et 65% (de 400 à 500 en valeur brute), la lumière est bienvenue mais pas complètement indispensable
• Que jusqu'à 36% (à peu près 300), il fait bien sombre mais on peut encore voir et même lire. de la lumière est nécessaire.
• Qu'en dessous d'une valeur de 255 jusqu'à 120 (entre 10% et 30%), il fait presque nuit, très sombre.
• Qu'en dessous de 100, c'est la nuit.
• A 5%, mon ressenti c'est déjà la nuit "noire". En dessous d'une valeur brute de 60, ça ne sert à rien de mesurer quoi que ce soit : il fait nuit...

J'ai refait une série de mesures ce soir, en notant aussi mes perceptions, histoire de vérifier. Mes perceptions de ce jour coïncident avec les valeurs lues ce jour, et sont identiques à celles d'hier.

Moralité : pour mon montage qui allume une lampe le soir quand il fait sombre, je le configurerai comme suit:
- Si la lampe est éteinte, l'allumer quand la valeur en % est inférieure à 55%
- Si la lampe est allumée, l'éteindre quand la valeur en % est supérieure à 77%
note : toujours avoir 2 seuils (le terme savant est "hystérésis") pour éviter les phénomènes de "clignotement"
- un petit potentiomètre (linéaire) permettra en plus d'ajuster ces valeurs de plus ou moins 10% max, dans les 2 sens, pour qu il soit confortable pour tous (certains aiment avoir de la lumière plus tôt, d'autres sont confortables même quand il fait un peu plus sombre), mais aussi pour faire un éventuel ajustement hiver/été (au cœur de l'hiver par une journée avec ciel couvert, je soupçonne que les valeurs brutes max ne dépassent pas 550 ou 600, même en pleine journée...).

J'ajoute la partie "maths" de la courbe orange, pour ceux qui veulent faire de l'interpolation sur la droite et créer leur LUT avec un capteur et des valeurs différentes.



Voilà voilà, j’arrête de vous ennuyer avec mes photorésistances

et si tu as testé de façon aussi méticuleuse les détecteurs de présence cela m'intéresse beaucoup

( je cherche à détecter la présence d'un dormeur et l'humidité dans la chambre pour déclencher un extracteur d'air, je ferais le test avec une arduino )

Pour l'humidité, c'est très facile avec un DHT11 à 50 cents et il y a toutes les librairies Arduino.

Un détecteur de présence ? là il faut être plus créatif. Si je devais faire ça, j'utiliserais un capteur de poids bien calibré, tout simplement.

Parce qu'avec un PIR, ça va être compliqué et à mon avis pas fiable.

j'ai le DHT11 et déjà testé. Donc mes craintes sont justifiées pour le PIR. merci

oui. Un capteur de poids disposé sous le lit/canapé/que sais-je, placé de telle façon que quand il n'y a personne, il mesure zéro et qyund il ya quelqu'un il mesure autre chose (qq kilos pour un bébé ou il sature pour un adulte). EN général, les capteurs de poids bon marché peuvent mesurer dans une plage 0 - 5 Kg (ou 10 kg) donc en gros, tu t'en sers en mode tout ou rien

Un truc dans ce gout là fera l'affaire :
https://www.amazon.fr/s?k=hx711&__mk_fr_FR=ÅMÅŽÕÑ&ref=nb_sb_noss_1

il y a des milliers d'exemple sur le net, et il y a meme des librairies préexistantes pour le HX711.
https://www.instructables.com/Arduino-Scale-With-5kg-Load-Cell-and-HX711-Amplifi/

La partie la plus "compliquée", c'est la partie "bricolage"