Module détecteur de lumière à LDR

Présentation

Voilà le module que j’ai utilisé. Les caractères sérigraphiés attestent de son origine asiatique 🙂  Il est de taille réduite 30 x 15 mm et possède un trou pour la fixation. Il y a également 4 broches pour le relier à un Arduino ou à un Raspberry Pi.

Description

Vous trouverez ce module sous cette forme ou sous forme de copie sur de nombreux sites de vente en ligne. La vue de dessus permet de repérer les composants principaux. A gauche la résistance LDR (de type GL5516) sensible à la lumière (décrite ci-dessous), le comparateur LM393 chargé de comparer la tension aux bornes de la LDR avec une tension de référence réglable. Le potentiomètre permet d’ajuster le seuil de déclenchement en fonction du niveau de lumière. Tourné dans le sens horaire, il augmente la sensibilité. Dans le sens anti-horaire la sensibilité diminue. Les flèches indiquent le sens de réglage.
La LED D1, située à proximité du potentiomètre, s’allume quand le module est alimenté. La LED D2 indique le niveau de sortie sur la broche D0. Elle s’allume quand l’intensité lumineuse dépasse le seuil fixé grâce au potentiomètre.
Les broches sont, de haut en bas :

• A0 La sortie analogique, reflet de l’intensité lumineuse reçue par la LDR
• D0 Sortie numérique, passe à 1 (+3,3v ou +5v) lorsque l’intensité lumineuse dépasse le seuil
• GND Masse
• Vcc Alimentation +3,3v

Le module fonctionne de 3,3v à 5v. C’est intéressant car les GPIO du Raspberry Pi utilisent le 3,3v. En alimentant le module en 3,3v on peut relier directement la sortie D0 à un GPIO.

La sortie A0 n’est pas utilisable directement sur les GPIO du Raspberry Pi, car il n’y a pas d’entrée analogique.

Photo-résistance

LDR = Light Dependant Resistor ou résistance photo-dépendante ou cellule photoconductrice ou photorésistance

Une photorésistance est composée d’un semi-conducteur à haute résistivité. Deux électrodes sont séparées par ce matériau photoconducteur (en général du CdS sulfure de cadmium). La piste de CdS prend la forme d’un ruban présentant de nombreux virages, pour allonger la zone réagissant à la lumière. Ceci améliore la réponse de la photorésistance LDR.

Au-delà d’un certain niveau propre au matériau, les photons absorbés par le semi-conducteur communiquent aux électrons assez d’énergie, abaissant la résistance du matériau. Lorsque le photon incident est suffisamment énergétique, la production des paires électron-trou est d’autant plus importante que le flux lumineux est intense. La résistance évolue donc comme l’inverse de l’éclairement.

Les matériaux utilisés dans les photorésistances sont le plus souvent des composés des colonnes II-VI de la classification périodique des éléments. Pour une utilisation dans le domaine visible et à faible coût, on utilise le plus souvent le sulfure de cadmium (CdS) ou le séléniure de cadmium (CdSe). Pour des utilisations dans l’infrarouge on utilise le sulfure de plomb (PbS).

Variation de résistance

Dans l’obscurité, la résistance d’une LDR est proche de 1 MΩ. Avec un éclairage intense, la résistance chute fortement (quelques KΩ). Un pont diviseur permet de récupérer une tension qui sera directement le reflet de la lumière arrivant sur la LDR.

Comme les GPIO du Raspberry Pi sont des entrées-sorties numériques, ce signal n’est pas directement utilisable. Il faut passer par un « comparateur » de type LM393 pour détecter le niveau de luminosité et mettre la sortie D0 à 1 lorsque la lumière dépasse le seuil (réglé par le potentiomètre).

Schéma du module détecteur de lumière à LDR

Voici un schéma (approximatif) du module détecteur de lumière à LDR. Il peut bien entendu y avoir des modifications en fonction de l’origine de votre module. Néanmoins la base du montage reste celle-ci. Lorsque la tension d’alimentation est appliquée au module, la LED D1 s’allume en permanence.

Fonctionnement dans l’obscurité

La photorésistance LDR est montée dans un pont diviseur. Dans l’obscurité, sa résistance est très élevée. Pratiquement toute la tension Vcc (3,3v) se retrouve à ses bornes. Le potentiomètre sert à régler la tension envoyée sur l’entrée inverseuse du comparateur LM393.

Lorsque la LDR est dans l’obscurité, la tension sur l’entrée + est supérieure à celle présente sur l’entrée –. La tension de sortie du comparateur vaut alors +3,3v. C’est cette tension qui est présente sur D0. La LED D2 reçoit sur son anode une tension de 3,3v et sur sa cathode la même tension de 3,3v. Il n’y a aucune différence de tension à ses bornes, elle est donc éteinte.

Fonctionnement à la lumière

A la lumière, la résistance de la LRD est très faible. L’entrée + est pratiquement à la masse. La tension sur l’entrée + est inférieure à celle présente sur l’entrée –. La tension de sortie du comparateur vaut alors 0v. C’est cette tension qui est présente sur D0. La LED D2 reçoit sur son anode une tension de 3,3v (via une résistance de limitation) et sur sa cathode une tension de 0v, C’est comme si la cathode était reliée à la masse du montage. Un courant circule dans la LED, limité par la résistance en série avec la LED. La LED D2 s’allume.

En résumé

• OBSCURITÉ LED D2 éteinte ⇒ D0 à 1
• LUMIÈRE LED D2 allumée ⇒ D0 à 0

Connexion au Raspberry Pi

La connexion du module au Raspberry Pi nécessite 3 fils. La broche A0 du module n’est pas connectée.
La broche Vcc est connectée au +3,3v sur le GPIO (broche 1)
La broche GND est connectée à la masse sur le GPIO (broche 6 ou broche 9 si la broche 6 est déjà connectée)
La sortie D0 est connectée au GPIO 4 (broche 7)

Cette connexion est celle qui est utilisée dans le projet « Un jeu de cible » du livre « Scratch et Raspberry Pi » page 382.

[stextbox id=’alert’ caption=’ATTENTION !’]Si votre module détecteur de lumière à LDR n’a pas la même disposition des broches, il vous appartient de modifier le câblage en conséquence.[/stextbox]

Un programme de test avec Scratch

Un exemple de programme en Scratch pour tester si la cellule reçoit de la lumière.

Vidéo

Pour conclure ce chapitre sur le module détecteur de lumière à LDR, une (courte 25s) vidéo de démonstration du fonctionnement du module avec un programme en Scratch.