Этот проект возник в связи с потребностью в детекторе, реагирующем на восход солнца, с низким энергопотреблением, надежной регистрацией освещенности и способностью оставаться в спящем режиме в темное время суток. Микроконтроллер при тактовой частоте 32 кГц потребляет в спящем режиме порядка 1 мА, что было неприемлемо по условиям создаваемого проекта. Описанная здесь схема отключает питание микроконтроллера и окружающих его элементов в темное время суток и потребляет всего 8 нА (Рис. 1).

Рисунок 1. В этой схеме светодиоды работают как датчик света, сигнал которого буферизуется вентилями «И-НЕ» и управляет переключателем, выводящим внешние схемы из спящего режима с восходом солнца.

Одной из ключевых задач при создании детектора была обработка продолжительного, медленно изменяющегося сигнала от датчика, нередко нарастающего от состояния «выключено» до полного включения в течение десятков минут. Использование RS-триггера, сделанного на двух элементах «И-НЕ», позволяет добавить стабильности и целостности сигнала на выходе датчика. В качестве микросхемы U1 выбрана HCF4011 из КМОП серии 4000. Статическое потребление тока микросхемами серии 4000 меньше, чем серии 74HC.

Собственно датчик состоит из двух зеленых светодиодов (D1 и D2), выполняющих функцию светочувствительных элементов. Светодиоды выпускаются в прозрачных пластиковых корпусах, и их чувствительность к падающему свету выше, чем у красных светодиодов. Генерируемый светодиодами ток составляет доли микроампера, но для переключения КМОП логики этого вполне достаточно. В темноте вход RS триггера удерживается в низком состоянии за счет тока утечки светодиодов. Когда солнце поднимается, напряжение на входе триггера повышается за счет фото-ЭДС светодиодов, и выход триггера переключается в низкое состояние. Этим включается транзистор Q1, и напряжение на затворе Q2 падает, открывая транзистор и подключая питание к внешней схеме.

С помощью фоторезистора схему можно изменить так, чтобы она реагировала на темноту, а не на свет. Схему надо изменить в соответствии с Рис. 2. Чувствительность этой схемы порядка 10 лк, что позволяет с помощью одного белого светодиода активировать переключатель с расстояния 10 м. Сопротивление фоторезистора в выключенном состоянии равно 2 МОм, а во включенном – 39 кОм.


Рисунок 2. В этой альтернативной конфигурации фоторезистор действует как датчик темноты и переключает схему с наступлением сумерек.