Вежба: Сензор светлости са ESP32 платформом

У овој вежби ученици упознају рад сензора светлости и његову примену у комбинацији са ESP32 микроконтролером. Помоћу аналогног улаза очитава се ниво осветљења у околини, а затим се та вредност користи за приказ информација у Serial Monitor-у или за управљање LED диодом.

Вежба представља добар увод у рад са аналогним сензорима и повезује:

• рад са ESP32 платформи,
• аналогно очитавање помоћу ADC конвертора,
• сензорске системе и мерење осветљења,
• основе аутоматског управљања,
• Arduino програмирање.

ESP32 + сензор светлости

Основна поставка за мерење нивоа осветљења у околини.

📑 Садржај

• Шта је сензор светлости?
• Фоторезистор и слични елементи
• Потребна опрема
• Повезивање компоненти
• Вежба 1 – Мерење светлости и Serial Monitor
• Вежба 2 – LED диода која јаче светли у мраку
• Могућа проширења пројекта
• На шта треба обратити пажњу

Шта је сензор светлости?

Сензор светлости је електронска компонента која омогућава да се детектује јачина светлости у окружењу. У зависности од врсте сензора, промена осветљења може да доведе до промене отпора, напона или дигиталног сигнала.

У овој вежби користимо сензор који се понаша као део напонског делитеља, а ESP32 затим чита промене на аналогном улазу. На основу тога можемо да проценимо да ли је у просторији јаче светло или је присутан мрак.

Принцип рада

Светлосни сензор мења електрична својства у зависности од количине светлости.

Фоторезистор и слични елементи

Један од најчешћих елемената за мерење светлости је фоторезистор (LDR – Light Dependent Resistor). Његов отпор се мења у зависности од количине светлости која пада на његову површину. Када је светлости више, отпор је мањи, а када је светлости мање, отпор расте.

Више о једноставном мерењу осветљења помоћу light сензора може се видети и на овој страни: мерење осветљења помоћу light сензора и ESP32.

🧰 Потребна опрема

За реализацију ове вежбе потребно је:

• ESP32 развојна плоча,
• сензор светлости (LDR / light сензор),
• отпорник од 10 kΩ,
• breadboard плоча,
• повезне жице,
• USB кабл,
• рачунар са Arduino IDE окружењем.

Повезивање компоненти

Модул сензора светлости већ садржи LDR сензор и отпорник који формирају напонски делитељ. Аналогни излаз модула (AO) повезује се на аналогни улаз ESP32 плоче, а вредност осветљености очитава се помоћу функције analogRead().

У овој вежби користимо следеће повезивање:

• VCC → 3V3
• GND → GND
• AO → GPIO34

Дигитални излаз DO се у овој вежби не користи.

Шема повезивања

Приказ основне шеме за мерење осветљења помоћу ESP32.

Задња страна

Приказ распореда и повезивања са задње стране.

Вежба са LED-ом

Каснија проширена верзија вежбе са LED диодом.

Додатни приказ

Задња страна кола које укључује и LED диоду.

Вежба 1: Мерење светлости и приказ у Serial Monitor-у

У овој вежби ESP32 очитава аналогну вредност са сензора светлости, затим ту вредност преводи у погодан опсег за приказивање јачине осветљења. На тај начин ученици виде како се сирови ADC подаци могу обрадити и употребити у даљој примени.

Овде се не користи LED диода. Циљ је да се разуме сам принцип мерења светлости и начин на који се добијена вредност приказује у серијском монитору.

Реална поставка

Практично повезивање сензора светлости на breadboard плочи.

Циљ вежбе

Циљ је да се очита вредност са аналогног улаза, затим да се из ње добије процена осветљености. Што је амбијент тамнији, то је очитана вредност другачија, па се преко програма може пратити промена услова у просторији.

ESP32 програм

// Аналогни улаз на који је доведен сигнал са напонског делитеља
// који чине LDR сензор и отпорник од 10 kΩ
#define LDR_PIN 34

void setup() {

  // Покретање серијске комуникације брзином од 115200 bps
  // да бисмо могли да пратимо очитане вредности у Serial Monitor-у
  Serial.begin(115200);

  // ESP32 користи 12-битни ADC,
  // па analogRead() враћа вредности од 0 до 4095
  analogReadResolution(12);
}

void loop() {

  // Очитавање аналогне вредности са GPIO34 пина
  int ocitanaVrednost = analogRead(LDR_PIN);

  // Превођење ADC вредности у опсег 255–0
  // Обрнут распон је користан јер већа вредност
  // може да представља слабије осветљење
  int nivoOsvetljenosti = map(ocitanaVrednost, 0, 4095, 255, 0);

  // Испис оригиналне ADC вредности
  Serial.print("LDR: ");
  Serial.print(ocitanaVrednost);

  // Испис прерачунате вредности осветљења
  Serial.print("  brightness: ");
  Serial.println(nivoOsvetljenosti);

  // Кратка пауза између два мерења
  delay(500);
}

Serial Monitor

Приказ очитаних ADC вредности и израчунате вредности осветљености током рада програма.

nivoOsvetljenosti = map(ocitanaVrednost, 0, 4095, 255, 0);

int brightness = map(ldrValue,120,1180,0,255);
brightness = constrain(brightness,0,255);

Eksperiment

📌 Допуна: Сензор светлости са дигиталним излазом (D0)

🔧 Повезивање (D0 варијанта)

• VCC → 3V3
• GND → GND
• D0 → GPIO34

ESP32 програм (D0 варијанта)

// Пин на који је повезан D0 излаз
#define LDR_PIN 34

// LED диода
#define LED_PIN 2

void setup() {

  Serial.begin(115200);

  pinMode(LDR_PIN, INPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {

  int stanje = digitalRead(LDR_PIN);

  // Ако је мрак (1) → LED јаче светли
  // Ако је светло (0) → LED слабије светли
  int jacina = (stanje == 1) ? 255 : 40;

  analogWrite(LED_PIN, jacina);

  Serial.print("D0: ");
  Serial.println(jacina);

  delay(100);
}

📊 Разлика A0 и D0 сензора

📌 Допуна: Мерење осветљења помоћу фотоотпорника (LDR) и отпорника од 10 kΩ

Поред готових модула са аналогним (AO) или дигиталним (DO) излазом, мерење осветљења може се реализовати и употребом самог фотоотпорника (LDR) и фиксног отпорника од 10 kΩ. На овај начин формира се напонски разделник, чији се излаз доводи на аналогни улаз ESP32 микроконтролера.

Ово је један од најчешћих начина повезивања LDR сензора јер омогућава прецизно мерење осветљености без употребе готовог сензорског модула.

Реална поставка

Фотоотпорник и отпорник од 10 kΩ повезани као напонски разделник.

Шема повезивања

Повезивање фотоотпорника и отпорника у Circuit Designer окружењу.

Задња страна

Приказ распореда проводника са задње стране breadboard плоче.

Повезивање компоненти

• Један крај фотоотпорника → 3V3
• Други крај фотоотпорника → GPIO34 (аналогни улаз)
• Отпорник 10 kΩ → између GPIO34 и GND

ESP32 програм

// Аналогни улаз на који је повезан средишњи чвор
// напонског разделника
#define LDR_PIN 34

void setup() {

  Serial.begin(115200);

  analogReadResolution(12);
}

void loop() {

  // Очитавање напона са разделника
  int ldrValue = analogRead(LDR_PIN);

  // Пример мапирања.
//По потреби прилагодити опсег стварно измереним ADC вредностима.
  int brightness = map(ldrValue, 0, 4095, 255, 0);
  brightness = constrain(brightness,0,255);//ограничење да вредност не премаши 255
  Serial.print("LDR: ");
  Serial.print(ldrValue);

  Serial.print("  brightness: ");
  Serial.println(brightness);

  delay(500);
}

Визуелизација мерења у Processing окружењу

Поред приказа вредности у Serial Monitor-у, могуће је визуелизовати ниво осветљености и у Processing окружењу. ESP32 шаље податке преко серијске комуникације, а Processing их чита и на основу њих исцртава индикатор јачине осветљења. На тај начин промене светлости могу се пратити у реалном времену.

Processing програм

import processing.serial.*;

// Objekat koji predstavlja serijski port
// preko koga Processing komunicira sa ESP32
Serial myPort;

// Promenljiva u kojoj će biti sačuvana
// vrednost osvetljenosti (0-255)
int brightness = 0;

void setup()
{
  // Kreiranje prozora dimenzija 600x250 piksela
  size(600,250);

  // Ispis liste svih dostupnih serijskih portova.
  // Na osnovu ove liste bira se odgovarajući port.
  println(Serial.list());

  // Otvaranje prvog pronađenog serijskog porta
  // brzinom od 115200 bps.
  // Brzina mora biti ista kao u ESP32 programu.
  myPort = new Serial(this,
                      Serial.list()[0],
                      115200);

  // Funkcija serialEvent() biće pozvana
  // svaki put kada stigne jedan red teksta,
  // odnosno kada se primi znak '\n'.
  myPort.bufferUntil('\n');

  // Podešavanje veličine teksta
  textSize(20);
}

void draw()
{
  // Boja pozadine prozora
  background(245);

  // Naslov iznad indikatora
  fill(0);
  text("Ниво осветљености",40,40);

  // Iscrtavanje okvira indikatora
  noFill();
  strokeWeight(2);
  rect(40,80,500,40);

  // Popunjavanje indikatora.
  // Što je brightness veći,
  // plavi pravougaonik je duži.
  fill(60,160,255);
  noStroke();
  rect(40,80,brightness*500.0/255.0,40);

  // Ispis numeričke vrednosti
  fill(0);
  text("Brightness: " + brightness,40,170);
}

// Ova funkcija se automatski poziva
// kada Processing primi jedan red teksta
// sa serijskog porta.
void serialEvent(Serial port)
{
  // Čitanje jednog reda teksta
  // do znaka '\n'
  String data = port.readStringUntil('\n');

  // Provera da li je tekst uspešno pročitan
  if(data!=null)
  {
    // Uklanjanje znakova novog reda
    // i praznih karaktera sa početka i kraja
    data = trim(data);

    // Pronalaženje dela teksta
    // koji počinje rečju "brightness:"
    int index = data.indexOf("brightness:");

    // Ako je tekst pronađen...
    if(index!=-1)
    {
      // Izdvajanje dela teksta koji dolazi
      // iza reči "brightness:"
      String vrednost = trim(data.substring(index+12));

      // Pretvaranje izdvojenog teksta u ceo broj
      brightness = int(vrednost);
    }
  }
}

Вежба 2: LED диода која јаче светли када је мање светлости у околини

У другој вежби истом сензору светлости додаје се LED диода. Када је у околини мање светлости, LED треба да јаче светли, а када је осветљење веће, њен интензитет треба да буде мањи. На тај начин добија се једноставан пример аутоматског ноћног осветљења.

Шема са LED диодом-дијаграм веза

Проширена верзија кола у којој се додаје и LED диода-шема у Circuit designer-у

Шема са LED диодом

Проширена верзија кола у којој се додаје и LED диода.

Циљ вежбе

Циљ је да се покаже практична примена мерења светлости. Сензор очитава услове у просторији, а ESP32 на основу тога управља LED диодом тако да она постане јача у мраку, а слабија на јаком светлу.

ESP32 програм

// Analogni ulaz na koji je povezan LDR senzor
#define LDR_PIN 34

// LED dioda povezana na GPIO2
#define LED_PIN 2

void setup() {

  // Pokretanje serijske komunikacije
  Serial.begin(115200);

  // Postavljanje LED pina kao izlaza
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

  // ESP32 koristi 12-bitni ADC,
  // pa analogRead() vraća vrednosti od 0 do 4095
  analogReadResolution(12);
}

void loop() {

  // Očitavanje analogne vrednosti sa LDR senzora
  int ocitanaVrednost = analogRead(LDR_PIN);

  // Pretvaranje ADC vrednosti (0–4095)
  // u PWM opseg (255–0).
  // Obrnuto mapiranje omogućava da LED
  // jače svetli kada je manje svetlosti.
  // Po potrebi opseg 0–4095 može se zameniti
  // stvarno izmerenim vrednostima senzora.
  int jacinaSvetlosti = map(ocitanaVrednost, 0, 4095, 255, 0);

  // Obezbeđuje da PWM vrednost uvek bude
  // u dozvoljenom opsegu od 0 do 255.
  jacinaSvetlosti = constrain(jacinaSvetlosti, 0, 255);

  // Slanje PWM vrednosti LED diodi
  analogWrite(LED_PIN, jacinaSvetlosti);

  // Kratka pauza pre sledećeg očitavanja
  delay(100);
}

Serial Monitor

Приказ очитаних вредности током рада програма који управља јачином светлења LED диоде.

Вежба 3: Паметни ЛЕД прстен (WS2812B NeoPixel)

У овој вежби упознаћемо се са паметним адресабилним ЛЕД диодама у облику прстена (модел WS2812B). За разлику од обичних ЛЕД диода које захтевају додатне отпорнике за ограничење струје, паметни ЛЕД прстенови унутар сваке диоде имају уграђен посебан микрочип (драјвер). Ови чипови самостално регулишу јачину струје и омогућавају нам да преко само једне дигиталне линије (једне жице) контролишемо боју и јачину великог броја диода појединачно. Због уграђене заштите, напајање прстена везује се директно на развојну плочу.

Шема повезивања ЛЕД прстена

Повезивање WS2812B ЛЕД прстена са DIN стране на ESP32 плочу.

Препознавање жица и повезивање

Паметни прстенови могу да се везују у ланац један за другим, па због тога имају две групе жица. Са једне стране се налазе улазни контакти (означени са DIN или IN), а са друге излазни (означени са DO или OUT). За везу са ESP32 плочом користи се искључиво улазна страна (DIN), док излазне жице остају слободне.

• 3V/5V жица (DIN страна) ➡️ Повезује се на 3.3V пин на ESP32 (из сигурносних разлога и усклађивања јачине сигнала).
• GND жица (DIN страна) ➡️ Повезује се на било који GND пин на ESP32.
• DIN жица (Сигнал) ➡️ Повезује се на чисти дигитални излаз GPIO 4.

Тест пример програма

Пре интеграције са сензором, потребно је проверити исправност прстена. За контролу ових диода користи се популарна библиотека FastLED (аутор Daniel Garcia), коју је потребно инсталирати кроз Library Manager. Следећи код константно пали и гаси цео прстен од 36 диода у црвеној боји.

#include <FastLED.h>

// Дигитални пин за слање података ка прстену
#define LED_PIN     4   

// Број диода на вашем прстену (нпр. 36)
#define NUM_LEDS    36  

#define LED_TYPE    WS2812B
#define COLOR_ORDER GRB
CRGB leds[NUM_LEDS];

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("--- ТЕСТ ЛЕД ПРСТЕНА ПОКРЕНУТ ---");

  // Иницијализација ФастЛЕД библиотеке
  FastLED.addLeds<LED_TYPE, LED_PIN, COLOR_ORDER>(leds, NUM_LEDS).setCorrection(TypicalLEDStrip);
  
  // Постављање умерене јачине (64 је око 25% снаге ради заштите плоче)
  FastLED.setBrightness(64); 
}

void loop() {
  Serial.println("Палим све диоде у ЦРВЕНУ боју...");
  fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB::Red);
  FastLED.show();
  delay(1000); 
  
  Serial.println("Гасим све диоде...");
  FastLED.clear();
  FastLED.show();
  delay(1000); 
}

Оријентациони приказ готовог пројекта

Напомена: Слика приказује финални изглед уређаја у реалном раду. Жице повежите пратећи искључиво текстуално упутство и дигиталне ознаке пинова из претходног корака, а не према изгледу са ове фотографије.

Могућа проширења пројекта

• Аутоматско паљење расвете у соби.
• Постављање прага осветљења за укључивање LED диоде.
• Коришћење више LED диода са различитим нивоима светлења.
• Слање података преко Wi-Fi мреже.
• Приказ мерења на веб страници.
• Израда паметног ноћног светла.

⚠️ На шта треба обратити пажњу

• Проверити исправност повезивања LDR сензора и отпорника.
• Проверити да ли је аналогни улаз заиста GPIO34.
• Обратити пажњу на стабилно напајање ESP32 плоче.
• Ако је LED диода слабо видљива, проверити отпорник у серији са диодом.
• Пре покретања програма проверити целокупно коло.

## 📚 Додатно учење

Мерење осветљења помоћу ESP32

Детаљније објашњење рада light сензора, фотоотпорника, напонског делитеља и мерења осветљења помоћу ESP32 платформе.

🔎 Продуби знање

Истражи како функционише ADC конвертор у ESP32 микроконтролеру и на који начин се аналогни напон претвара у дигиталну вредност.

🧪 Идеје за експеримент

• Промени праг осветљења.
• Испробај различите вредности отпорника.
• Осветли сензор лампом и прати промене.
• Покриј сензор руком и упореди резултате.

Следећи корак

Комбинуј сензор светлости са OLED дисплејом или Wi-Fi комуникацијом и направи систем за праћење осветљења у реалном времену.