Snímání dotyku pomocí LED

Jan Daněk, UREL, FEEC, VUT Brno
xdanek00stud.feec.vutbr.cz

Marek Müller, UREL, FEEC, VUT Brno
xmulle02stud.feec.vutbr.cz

Obsah:

1. Úvod
2. Teorie
3. Praktické pokusy
4. Závěr
5. Literatura

Úvod

Teorie

Obr. 1: Fáze čtení a svícení LED diody [2]

Obr. 2: Jednotlivé fáze činnosti matice 8x8 LED, kdy 1 LED dioda osvětluje sousední snímací LED diody [5]

Praktické pokusy

Obr. 3: Schéma zapojení LED diod a zrcadlový obraz desky plošných spojů

#include <avr\io.h>
#include <stdlib.h>
#include <avr\iom16.h>
#include <avr\interrupt.h>
#include "lcd_c.c"
/* Frekvence krystalu */
#define F_OSC 16000000

// Global variables
char LED_touch;
unsigned long avg=190;						                	//default value for this LED
// Main function 
int main(void)
{

	// LCD init
	lcd_init();

	//AD init
	ADMUX|=(1<<REFS0)|(1<<REFS1);			                  		// 2,56V Reference
	ADCSRA|=(1<<ADPS2)|(1<<ADPS1)|(1<<ADPS0);	                           	// clk/64
	ADCSRA|=(1<<ADEN);								// Enable ADC
	while(1){

		//LED0
		DDRB|=(1<<0);			
		PORTB&=~(1<<0);									// A low
		DDRA&=~(1<<0);									// K input
		ADCSRA|=(1<<ADSC);							// Start ADC
		while((ADCSRA&(1<<ADSC)));                                              // wait for end of conversion
	
		if (ADC>avg+5){								// shadow											
			DDRD=0xf0;								//LED ON PORTD
			PORTD=0x00;
		} else {									// light								
			DDRD=0xf0;								//LED OFF PORTD
			PORTD=0xf0;
			avg=(9*avg+ADC)/10;
		}		
					
		zobraz(avg);  
     }

#include <avr\io.h>
#include <stdlib.h>
#include <avr\iom16.h>
#include <avr\interrupt.h>
#include "lcd_c.c"
#define F_OSC 16000000
// Global variables
char LED_touch=0;
unsigned long avg;					             		//default value for this LED

// Main function 
int main(void)
{
/*
// kontrola led vsechny sviti
	DDRB=0xff;			
	PORTB=0xff;									// A High port B
	DDRA=0xff;									// K Low port A
	PORTA=0x00;	
	while(1);
*/

	// LCD init
        // lcd_init();

	SFIOR|=(1<<PUD);	                                                 	//pullups off
	//LED on
	DDRB=0xff;			
	PORTB=0xff;									// A High port B
	DDRA=0xff;									// K Low port A
	PORTA=0x00;		
	while(1){
		LED_read();
//	PORTB=LED_touch;
		_delay_ms(250);

	}
	return 0;
}

void LED_read(){
		unsigned char outputB,outputA;
		unsigned char bit_num=0;

	//storing LED output value
	        outputB=PORTB;	
	        outputA=PORTA;	
	// charging LED,reverse voltage
		DDRB|=(1<<bit_num);									
		PORTB&=(1<<bit_num);		                        		// A low
		DDRA|=(1<<bit_num);									
		PORTA|=(1<<bit_num);		                         		// K high

	//LED discharge,read time					
		DDRB|=(1<<bit_num);			
		PORTB&=~(1<<bit_num);	                                           	// A low
		DDRA&=~(1<<bit_num);		                                  	// K input
	
		TCCR1B|=(1<<CS01);				                       	//run timer fclk
		while(PINA&(1<<bit_num));
		TCCR1B&=~(1<<CS01);				                     	//stop timer fclk

		if (TCNT1/100>200){		           			        // ligth											
			DDRD=0xf0;							//LED OFF PORTD
			PORTD=0xf0;
	     	        LED_touch=0x00;
		} else {								// shadow							
			DDRD=0xf0;					    	        //LED ON PORTD
			PORTD=0x00;
			LED_touch=0xff;
		}
		
//		zobraz(TCNT1/100);
										
		TCNT1=0;
	
	// return LED output value
		DDRA=0xff;
		DDRB=0xff;
		PORTB=outputB;
		PORTA=outputA;
}

/* Funkce pro zobrazeni poctu pulzu na LCD */
void zobraz(unsigned long co)
{	
	unsigned int pom;
	char dig1,dig2,dig3,dig4,dig5;
	char text[] = "     \n";

	dig1=co/10000;
    pom=co-10000*(unsigned int)dig1;
	dig2=pom/1000;
    pom=pom-1000*(unsigned int)dig2;
	dig3=pom/100;
    pom=pom-100*(unsigned int)dig3;
	dig4=pom/10;
    pom=pom-10*(unsigned int)dig4;
	dig5=pom;

    text[0]=48+dig1;				// number to CHAR
    text[1]=48+dig2;
    text[2]=48+dig3;
    text[3]=48+dig4;
    text[4]=48+dig5;

	lcd_clrscr();			     	
	lcd_puts(text);
     }

Závěr

     Byly představeny dvě hlavní metody použití standardních LED diod k měření intenzity dopadajícího světla. Uspokojivé výsledky přinesla metoda s ,,přepólováním". Uvedený kód je pouze konceptem, který vykazuje určité výsledky, ale nepříliš stabilní. Velkým problémem je okolní rušení. Toto rušení by mohlo jít částečně kompenzovat pomocí průměrování a lepším návrhem desky plošných spojů s důkladným stíněním. Z časových důvodů nebylo provedeno bližší zkoumání. Zajímavou možností je využití okolní LED diody, která není právě měřena, ke svícení. Tím by se zvýšila intenzita světla dopadajícího na měřenou LED diodu. Došlo by tak ke zvýšení citlivosti na dotyk. Tento způsob se jeví jako nejvhodnější. Využití matice 8x8 LED diod bylo pouze teoreticky naznačeno [5], praktické provedení už z časových důvodů provedeno nebylo. Další informace jsou uvedeny zejména v [4].

Celý projekt je možné stáhnout zde. RAR obsahuje soubory programu Eagle, zdrojové soubory AVR Studia i html dokumentaci.

Literatura

[1] ZACHOVALOVÁ, V., Fotovoltaický jev u diod, 2010 [Online] Dostupné z WWW: < http://hw.cz/Teorie-a-praxe/Dokumentace/ART1031-Fotovoltaicky-jev-u-diod-LED.html >.
[2] LED Touch Sensor, 2010 [Online] Dostupné z WWW: < http://forums.parallax.com/forums/default.aspx?f=21&m=128674 >.
[3] Počítačová cvičení MMIA, 2010.
[4] Forum LEDs As Sensors, 2010 [Online] Dostupné z WWW: < http://projects.dimension-x.net/technology-and-projects/ledsensors >.
[5] Matrices as Sensors, 2010 [Online] Dostupné z WWW: < http://projects.dimension-x.net/archives/63 >.