적외선을 눈으로 보기-2(2022.03.08)

 

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적외선이 지나가는 곳에서 빛나는 LED {촬영_modified_2022-03-07, 촬영_확대_2022-03-07}

 

적외선을 눈으로 보기-1에서 시간지연이 발생하여 LED가 켜지는 위치가 어긋나는 문제를 해결하기 위해 시도한 내용을 소개합니다. 결론적으로 위치가 어긋나는 문제는 해결하지 못했고, 적외선의 강도에 따라 LED의 밝기가 달라지는 개선이 있었습니다.  아래에 과정을 소개합니다. 적외선을 눈으로 보기는 이 정도로 하고 다음 주제로는 소리를 눈으로 보는 좀 더 어려운 과제를 하려고 합니다.

 

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적외선 포토 다이오드 특성 알아보기

 

포토 다이오드의 특성을 측정하기 위한 회로 {photodiode 특성_2022-03-08}

포토 다이오드의 특성을 알아보기 위해 10킬로옴의 저항을 직렬로 연결하고 역전압을 걸었습니다. 출력은 포토 다이오드 양단에서 취했습니다. 포토 다이오드에 적외선을 비추었을 때는 전류가 0.5mA가 흐르고 양단의 전압은 0V가 나왔습니다. 마치 단락된 것과 같았습니다. 적외선을 비추지 않았을 때는 전류가 0.13mA 흐르고 전압은 3.7V가 나왔습니다.

포토 다이오드 특성 시험 {photo diode test_2022-02-28}

오실로스코프 측정 결과 {oscilloscope 측정결과_2022-02-28}

송신하는 적외선 LED에 구형파(square wave)를 넣고 포토 다이오드 양단의 전압을 측정해 보았습니다. 0V~3.7V의 범위가 나오므로 아두이노의 입력으로 넣을 만큼 진폭이 됩니다. 아래는 구형파를 만드는 스케치 프로그램입니다.

photo-diode_test_202-02-28.ino

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LED 구동

 

아이디어 {idea_2022-03-02}

적외선의 세기를 전등의 밝기로 표현하는 것을 생각해 보았습니다. 백열등은 아날로그 방식이라 트랜지스터를 이용해서 만들면 신호의 지연이 아주 작지만 백열등이 반응이 느리기 때문에 결국 빛의 지연이 발생할 것으로 생각됩니다. 그래서 응답이 빠른 LED를 사용하기로 했습니다. LED의 밝기를 표현하기 위해서 아두이노의 진폭변조(PWM; Pulse Width Modulation)을 사용했습니다. PWM으로 LED의 밝기를 표현하는 것은 신호의 ON/OFF 시간을 조절하여 이루어집니다. 아주 빠른 시간 동안 ON/OFF를 반복하면 눈으로는 깜빡임을 잘 알 수 없고 밝기로 느끼게 됩니다. 하지만 LED를 공간에서 빠른 속도로 움직이면 움직인 궤적에 켜졌을 때와 꺼졌을 때가 점선으로 나타납니다. 이러한 현상은 라이트 페인팅을 하면서 경험했습니다. 

 

LED 구동 {LED 구동_2022-03-06}

적외선 LED에 구형파(square wave)를 가하여 적외선을 비추게 하고, 적외선 포토 다이오드로 적외선을 받아서 아두이노의 아날로그 입력단자로 넣고, 시리얼 모니터로 확인해 보니 그 값이 0~1023 값이 나왔습니다. 포토 다이오드로부터 받은 신호를 시리얼 모니터로 볼수 있도록 한 프로그램 첨부합니다.

analog_input_level_2022-03-06.ino

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매핑 {mapping_2022-03-06}

 

 

적외선의 세기를 LED의 밝기로 표현하기 위해 PWM신호가 나오는 핀에 LED를 연결했습니다. PWM으로 LED의 밝기를 조절하기 위해서는 0(어두움)~254(밝음)의 값을 주어야 합니다. 입력신호는 0(밝을 때) ~ 1023(어두울 때)의 값의 범위를 가지기 때문에 매핑을 통해서 값을 맞추어 주었습니다. 입력 신호를 받아서 LED를 구동하는 프로그램 첨부합니다.

 

receiver_2022-03-06.ino

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적외선의 세기에 따른 LED의 밝기 변화 {LED구동_동영상_2022-03-06}

포토 다이오드를 적외선 LED 근처에서 움직였을 때 LED의 밝기를 확인하는 동영상입니다. 잘 동작하는 것을 볼 수 있습니다.

 

촬영

 

송신부 {송신부_modified_2022-03-07}

수신부 {수신부_modified_2022-03-07}

송신부는 전과 같이 적외선 LED를 연속으로 켰습니다. 수신부는 적외선의 세기에 따라 LED의 밝기가 달라지도록 했습니다.

 

촬영 {촬영_modified_2022-03-07}

카메라를 bulb 모드로 놓고 촬영을 했습니다. 예상했던 대로 밝기의 차이가 나타났습니다. 적외선이 강한 곳에서는 LED도 밝게 켜집니다. LED의 밝기는 불연속적으로 나타났습니다. 시간지연은 여전히 발생했습니다. 아두이노가 신호를 처리하면서 발생하는 시간지연이라고 생각됩니다.

 

확대한 LED불빛 {촬영_확대_2022-03-07}

LED 불빛을 확대해 보았습니다. LED 밝기 조절을 PWM으로 하다보니 움직일 때 깜빡임이 보입니다. 이것은 예전에 라이트 페인팅을 하면서 경험했던 일입니다. 아래 자료에 위와 유사한 패턴을 볼 수 있습니다.

 

https://blog.daum.net/st4008/318

라이트 페인팅을 위한 픽셀스틱 수리 (2017.09.21)

https://cafe.daum.net/comonarts/HnEI/3

소소프로그램 ＜빛과 시각＞ (2017.05.23-06.20)

 

이렇게 하여 적외선을 눈으로 보기를 마무리합니다. 다음으로는 음파를 눈으로 보기를 진행하려고 합니다.