Atualmente, a variedade de sensores disponíveis aos makers, engenheiros, desenvolvedores e hobistas é imensa, permitindo que novas soluções surjam mais rapidamente. Dentre os diversos sensores disponíveis, o LDR (acrônimo para Light Dependent Resistor) é um dos mais utilizados. Aliando simplicidade de uso e baixo custo, o LDR viabiliza, tanto para desenvolvedores iniciantes ou avançados, o desenvolvimento de projetos relacionados à detecção de presença ou ausência de luz.
Neste post, será explorado o que é um sensor LDR, como ele funciona, os diferentes tipos disponíveis no mercado, as várias aplicações no cotidiano e, ainda, um exemplo prático de como realizar a leitura de um LDR utilizando entrada analógica de uma placa Arduino.
O que é LDR?
Um LDR (ou fotoresistor, como referenciado na literatura de eletrônica) é um sensor de luminosidade. O LDR pode ser compreendido como um tipo de resistor variável, cuja resistência varia em função da quantidade de luz que incide sobre sua superfície, permitindo então estabelecer indiretamente, através da resistência em seus terminais, se há presença ou ausência de luz sobre ele.
O LDR é um sensor com dois terminais (sem polaridade), conforme pode ser visto na figura 1:
Figura 1 – LDR de 5mm
O LDR foi desenvolvido com base em pesquisas sobre semicondutores que datam do final do século XIX, porém só foi viável disponibilizá-lo comercialmente como componente eletrônico no século XX. Inicialmente, os fotorresistores eram usados em sistemas simples de controle de iluminação em dispositivos fotográficos, para controle da exposição dos filmes à luz.
Entretanto, à medida que a tecnologia avançou, o uso de LDRs expandiu-se, especialmente na automação de sistemas de iluminação, incluindo no acionamento automático das luzes aplicadas à iluminação pública, uma de suas principais utilidades atualmente. Embora existam outros sensores de luz mais modernos e sofisticados (que, de fato, podem medir com precisão e exatidão a iluminância dos ambientes, em Lux), o LDR continua a ser amplamente utilizado devido à sua simplicidade de uso, durabilidade e baixo custo.
Aprofundando um pouco em como o LDR é construído, ele é composto por materiais semicondutores sensíveis à luz, como o sulfeto de cádmio (CdS), por exemplo. O material semicondutor utilizado tem a propriedade de alterar suas características elétricas (em especial, condutividade) quando exposto diretamente à luz. Nos LDRs, a resistência apresentada entre seus dois terminais diminui à medida que a intensidade da luz sobre ele aumenta e, consequentemente, a resistência aumenta quando há pouca ou nenhuma luz incidindo sobre o LDR.
É importante ressaltar que o LDR é adequado para medir ausência e presença de luminosidade, e não para medir a iluminância (em Lux) com precisão e exatidão. Logo um LDR não é recomendado para estimar quantos Lux de iluminância um ambiente possui (para isso, existem outros sensores mais adequados, como o sensor de luz BH1750FVI, por exemplo).
Como funciona um LDR?
Conforme abordado anteriormente neste post, o princípio de funcionamento do LDR baseia-se na variação da resistência apresentada entre seus terminais, a qual varia conforme a incidência de luz sobre ele. O material semicondutor no LDR é sensível à radiação luminosa, particularmente à luz visível.
Quando a luz incide sobre o material semicondutor, ela excita os elétrons dentro do material, promovendo-os da banda de valência para a banda de condução. Isso cria elétrons livres, que são capazes de se mover pelo material, reduzindo assim a resistência elétrica (ou, alternativamente, aumentando sua condutividade elétrica).
Nesta condição, a resistência elétrica entre seus terminais é, tipicamente, na ordem de kΩ (Kilo ohm). Com pouca luz incidindo sobre o LDR, este apresenta uma alta resistência entre seus terminais, na ordem de grandeza de MΩ (Megaohm).
Dessa forma, é comum o uso de LDRs como elemento de um divisor de tensão, onde é possível medir a variação de luminosidade indiretamente através da medição de tensão, sem risco de sobrecorrente ou curtos-circuitos.
A figura 2 mostra o LDR como parte de um circuito, na parte de divisor resistivo de tensão.
Figura 2 – LDR como elemento de um divisor resistivo de tensão (figura obtida de: https://www.circuitlab.com/circuit/862bde/voltage-divider-ldr/ )
No caso do circuito mostrado na figura 2, é possível inferir a luminosidade incidente sobre o LDR através da leitura do voltímetro (Vout). Se há muita luz incidente sobre o LDR, sua resistência cai e, consequentemente, a tensão sobre ele também cai, fazendo com que Vout chegue a valores mais próximos de 0V. Entretanto, se há pouca luz incidindo sobre o LDR, sua resistência sobe e, logo, a tensão sobre ele também sobe, fazendo com que Vout chegue a valores próximos à tensão de alimentação do circuito (10,1V).
É importante ressaltar que LDRs não apresentam variação de resistência linear em função da luminosidade que incide sobre eles. Tipicamente, essa variação aproxima-se mais de uma curva hiperbólica. Portanto, em projetos que esta resposta precisa ser linear, é preciso fazer a etapa de linearização à parte.
Tipos de LDR
Os LDRs podem variar em termos de área de captação de luz (medida em milímetros) e quanto a dopagem do semicondutor utilizado em sua fabricação.
Quanto à área de captação de luz, os valores comerciais mais comuns são:
- LDR 5 mm: um dos tamanhos mais comumente encontrados no comércio. São adequados para projetos em que a variação de resistência em função da luminosidade não precisa ser tão brusca.
- LDR 7 mm: utilidade similar ao LDR de 5mm, porém apresentando uma variação de resistência em função da luminosidade ligeiramente mais agressiva.
- LDR 10 mm: os LDRs de 10 mm são comumente utilizados em aplicações que exigem maior sensibilidade à luz e maior área de captação, oferecendo uma resposta mais significativa e agressiva a variações de luminosidade.
- LDR 12 mm: Esses LDRs são frequentemente usados em aplicações que necessitam de ação rápida em função da luminosidade, pois apresentam grande sensibilidade à luz.
Quanto à dopagem do semicondutor, os LDRs têm dois tipos:
- Fotoresistor LDR intrínseco: feito com semicondutores puros sem qualquer dopagem, utilizando silício ou germânio. Funcionam bem com comprimentos de onda inferiores ao infravermelho.
- Fotoresistor LDR extrínseco: usa um semicondutor dopado, o que significa que algumas impurezas são misturadas com o semicondutor (como fósforo, por exemplo). Funcionam bem com comprimentos de onda próximos ao infravermelho.
Aplicações
Os LDRs são utilizados em uma ampla gama de aplicações cotidianas, muitas das quais envolvem controle automático de iluminação. A seguir, são apresentadas quatro das aplicações mais comuns:
- Iluminação pública automática: uma das aplicações mais conhecidas dos LDRs é em sistemas de iluminação pública, onde eles são usados para acionar automaticamente as luzes ao anoitecer e desligá-las ao amanhecer. Em tais sistemas, o LDR é usado para monitorar a luz solar, garantindo que as luzes públicas só sejam ativadas quando necessário. Isso economiza energia e reduz a necessidade de intervenção humana para ligar e desligar as luzes da iluminação pública
- Controles de brilho automáticos: outro uso comum do LDR é em sistemas de controle de brilho automático de luzes, como em faróis automotivos automáticos. Desta forma, a partir de um certo ponto de ausência de luminosidade, luzes são acionadas automaticamente.
- Dispositivos fotográficos: os LDRs também foram bastante usados em câmeras fotográficas antigas. Nelas, o LDR era usado para medir a luz ambiente e ajustar a exposição.
- Automação residencial: em sistemas de automação residencial, os LDRs podem ser usados para ativar ou desativar luzes ou dispositivos da casa com base na presença ou ausência de luz ou, tipicamente, detecção de dia ou noite.
Como conectar o LDR ao Arduino?
Chegou a hora de usar, na prática, um sensor LDR, através de um Arduino. Conforme dito anteriormente neste post, para utilizar um LDR, é necessário que o LDR seja conectado em um divisor de tensão, junto a um resistor de valor fixo, para que a variação da tensão possa ser medida com segurança (sem riscos de sobrecorrente ou curtos-circuitos). Neste caso, um dos resistores é o LDR (o qual se comporta como um resistor variável) e o outro é um resistor fixo de valor conhecido.
Para montar este circuito, siga o procedimento abaixo. É possível utilizar qualquer placa Arduino, como o Arduino Uno R4, por exemplo.
- Conecte um terminal do LDR ao pino GND (terra) do Arduino. O outro terminal do LDR deve ser conectado a um pino de entrada analógica. Neste caso, considere a entrada analógica A0.
- Entre o terminal do LDR e o pino 5V, conecte um resistor de 10kΩ. Dessa forma, a tensão será dividida entre o LDR e o resistor, e a variação de luz será refletida como uma variação de tensão que pode ser lida pelo pina entrada analógica A0 do Arduino.
- No software que será gravado no Arduino, a leitura é realizada usando a função analogRead(), responsável por converter a tensão lida da entrada analógica (A0) em um valor digital, variando entre 0 (para tensão de 0V) e 1023 (para tensão de 5V). Este valor corresponde à tensão medida no divisor de tensão.
O circuito esquemático deste exemplo pode ser visto na figura 3.
Figura 3 – circuito esquemático do projeto
O código-fonte para ler a tensão do divisor de tensão formado pelo LDR e resistor de 10kΩ pode ser visto a seguir:
#define ENTRADA_ANALOGICA A0 /* Entrada analógica do LDR */ int valor_adc_LDR = 0; // Variável para armazenar a leitura void setup() { Serial.begin(115200); } void loop() { /* Lê o valor analógico do LDR */ valor_adc_LDR = analogRead(ENTRADA_ANALOGICA); /* Escreve, a cada 500ms, o valor digital (de 0 a 1023) resultante da leitura do divisor resistivo*/ Serial.print("Valor digital (0 ate 1023): "); Serial.println(valor_adc_LDR); delay(500); }
Agora, basta gravar o Arduino Uno com este programa e verificar, no Serial Monitor, que:
- Ao aumentar a incidência de luz sobre o LDR (com uma lanterna, por exemplo), o valor digital resultante da leitura do divisor resistivo vai diminuir (vai se aproximar de zero).
- Ao diminuir a incidência de luz sobre o LDR (fazendo sombra nele com sua mão, por exemplo), o valor digital resultante da leitura do divisor resistivo vai aumentar (vai se aproximar de 1023).
Dica: Para facilitar a conexão do sensor ao Arduino, uma excelente opção é utilizar o módulo LDR. Esse módulo vem com componentes pré-configurados, como resistores e terminais de conexão, que simplificam o processo de montagem e garantem uma integração mais prática. Com ele, não é necessário lidar com a fiação complexa ou se preocupar com a escolha de resistores adequados, pois tudo já vem otimizado. Além disso, o módulo LDR Arduino geralmente possui uma saída analógica e digital, permitindo ao usuário escolher a forma mais adequada de leitura para seu projeto.
Conclusão
O LDR é um sensor fundamental em muitos projetos que envolvem o controle e a detecção de luz, conheça este sensor em nossa loja. Ele oferece uma maneira simples e eficaz de medir a intensidade da luz, sendo largamente utilizados no desenvolvimento e criação de sistemas eletrônicos para controle automático de iluminação.
Além disso, sua simplicidade de uso, baixo custo e fácil integração com sistemas microcontrolados tornam o LDR uma excelente escolha de sensor, tanto para iniciantes quanto profissionais, que desejam utilizar a luminosidade como uma das variáveis de seus projetos e soluções.
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Sempre dando show de conhecimento!
Obrigado Mestre Pedro. Abraço!!!