Objetivo
Transformar o visor LED em um sensor para fazer o micro:bit reagir à luz.
Introduzindo conceitos
Um sensor de luminosidade, também conhecido como fotossensor ou sensor de luz, é um dispositivo que detecta a intensidade da luz no ambiente. Ele converte a energia luminosa em um sinal elétrico proporcional à quantidade de luz incidente. Esses sensores são comumente usados em dispositivos eletrônicos e sistemas automatizados para ajustar a iluminação, como em câmeras, monitores, e em projetos como o micro:bit. A informação coletada pelo sensor de luminosidade permite que os sistemas respondam às mudanças de luminosidade no ambiente, automatizando ações conforme a necessidade.
Existem diferentes tipos de sensores de luminosidade, mas vou explicar o funcionamento básico de um fotodiodo, um tipo comum.
O fotodiodo é uma junção semicondutora que gera uma corrente elétrica quando exposto à luz. A quantidade de corrente gerada está diretamente relacionada à intensidade da luz incidente. Aqui está um resumo do funcionamento:
1. Fotogeração de Pares de Portadores de Carga:
Quando a luz incide no fotodiodo, que é geralmente feito de um material semicondutor como o silício, ocorre um fenômeno chamado fotogeração de pares de portadores de carga. Os fótons de luz, que são partículas de energia luminosa, atingem os átomos do semicondutor, fornecendo energia suficiente para liberar elétrons da banda de valência para a banda de condução.
A banda de valência é a banda de energia onde os elétrons normalmente residem, enquanto a banda de condução é a banda onde os elétrons podem se mover mais livremente. Quando os elétrons são excitados para a banda de condução devido à absorção de fótons, eles se tornam portadores de carga livres, contribuindo para a condução elétrica no material semicondutor.
Esse processo de excitamento de elétrons é o primeiro passo na conversão de energia luminosa em corrente elétrica em um fotodiodo. A corrente resultante, gerada pelos elétrons excitados, é então medida e utilizada para quantificar a intensidade da luz incidente no sensor.
2. Geração de Corrente:
Na fase de geração de corrente, os elétrons que foram excitados para a banda de condução pela luz são agora portadores de carga livres. Esses elétrons livres têm a capacidade de se mover através do material semicondutor em resposta a um campo elétrico aplicado ou a um gradiente de potencial.
Ao se moverem, esses elétrons geram uma corrente elétrica. Esse fluxo de elétrons é a corrente fotogerada resultante da interação dos fótons de luz com o material semicondutor. Quanto mais intensa for a luz incidente, mais elétrons serão excitados, resultando em uma maior quantidade de elétrons em movimento e, consequentemente, em uma corrente elétrica mais intensa.
A geração de corrente é fundamental para a operação do fotodiodo como um sensor de luminosidade, pois permite a conversão direta da energia luminosa em um sinal elétrico mensurável. Este sinal elétrico é então processado para fornecer informações sobre a intensidade da luz no ambiente em que o sensor está posicionado.
3. Relação com a Intensidade da Luz:
A relação entre a quantidade de corrente gerada e a intensidade da luz incidente em um sensor de luminosidade é diretamente proporcional. Isso significa que, à medida que a intensidade da luz aumenta, mais fótons atingem o material semicondutor do fotodiodo, resultando em uma maior excitação de elétrons para a banda de condução.
Essa maior excitação de elétrons leva a uma quantidade proporcionalmente maior de portadores de carga livres, e, como mencionado anteriormente, esses elétrons livres movendo-se através do material semicondutor geram uma corrente elétrica. Portanto, quanto mais intensa for a luz incidente, mais elétrons são excitados, e uma corrente elétrica mais significativa é gerada.
Essa relação linear permite que o sensor de luminosidade forneça uma resposta proporcional à variação na intensidade da luz ambiente. Essa característica é fundamental para a precisão e sensibilidade do sensor, tornando-o capaz de detectar variações sutis na luminosidade e converter essas mudanças em um sinal elétrico mensurável.
4. Medição e Conversão:
Os circuitos associados ao fotodiodo desempenham um papel crucial na medição e conversão da corrente fotogerada em um sinal elétrico representativo da intensidade da luz. Esse processo geralmente envolve os seguintes passos:
- 1. Amplificação:
- 2. Conversão Analógica-Digital (ADC):
- 3. Leitura e Armazenamento:
- 4. Calibração e Escala:
- 5. *Saída do Sinal:*
Esses circuitos de medição e conversão são essenciais para transformar a informação luminosa capturada pelo fotodiodo em uma forma que pode ser facilmente interpretada e utilizada por outros componentes eletrônicos em um sistema.
Os sensores de luminosidade são frequentemente usados em aplicações onde é necessário ajustar automaticamente a iluminação com base nas condições ambientais. Eles desempenham um papel crucial em economia de energia e automação, garantindo que os dispositivos ou sistemas respondam de maneira apropriada às mudanças de luz no ambiente.
Vamos Codar?
Materiais Necessários:
- Um micro:bit (ou simulador MakeCode);
- Editor MakeCode ou Python;
- Conjuntos de baterias (opcional);
- Uma fonte de luz e algo para cobrir o micro:bit — pode ser a sua mão.
Programação
O funcionamento dos LEDs no micro:bit como sensores de luz envolve programação condicional. O programa utiliza uma estrutura “if… else” para exibir o ícone do sol apenas se o nível de luz detectado for superior a um valor específico. Ao baixar e executar o programa no micro:bit, a exposição a uma fonte de luz, como uma lanterna, fará com que o ícone do sol apareça. Cobrindo o micro:bit com a mão, o ícone do sol deverá desaparecer devido à redução do nível de luz detectado. Se não funcionar, ajuste o valor do nível de luz para um número menor que 100, adequando-o à luminosidade do ambiente. Para mais informações sobre a criação desse contexto, pode-se explorar recursos adicionais.
Considerações
A utilização do micro:bit como um sensor de luminosidade permite explorar de maneira prática e interativa os conceitos fundamentais dos fotodiodos e sensores de luz. A programação condicional, especialmente com a estrutura “if… else”, oferece a capacidade de controlar o comportamento do dispositivo com base na intensidade da luz ambiente.
Ao seguir as instruções e ajustar o programa conforme necessário, é possível criar uma experiência em que o micro:bit reage de maneira visível à variação de luminosidade. Este projeto não apenas demonstra a aplicação dos conceitos teóricos discutidos, mas também proporciona uma introdução valiosa à programação e sensores para aqueles que estão começando a explorar o mundo da eletrônica e programação. Experimente e aproveite a jornada.
