Теория
Пульсация света неприятна визуально, от неё устают глаза, она может вызывать головные боли и обострение нервных заболеваний. Считается, что пульсация до 5% совершенно безвредна. Пульсация до 30% почти незаметна и скорее всего не оказывает негативное влияние на человека.
Многие используют камеру смартфона для определения пульсации (если пульсация есть, на экране появляются полосы), но этот метод не позволяет оценить уровень пульсации и часто люди, увидев полосы, решают, что такой источник света опасен, а на самом деле у него может быть пульсация менее 5%.
Чуть лучше карандашный тест — он позволяет зафиксировать только видимую пульсацию.
В двух словах о том, что вообще такое пульсация. Пульсация это частое изменение яркости света, в худшем случае свет может полностью гаснуть и загораться 100 раз в секунду. Пульсация может быть вызвана упрощённой схемой питания светодиодов от сети или использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для регулировки яркости света.
Существует две формулы расчета коэффициента пульсации. Первую формулу часто называют упрощённой.
Коэффициент пульсации, рассчитанный по этой формуле, может принимать значения от 0 до 100%. 0 — пульсации нет, 100% — свет полностью гаснет и загорается.
Вторую формулу часто называют ГОСТ, так как она приведена в ГОСТ Р 54945-2012.
Формула выглядит страшно, но на самом деле всё проще:
Коэффициент пульсации, рассчитанный по этой формуле, может принимать значения выше 100%. Это происходит в том случае, когда свет не только полностью гаснет, но и время темноты дольше времени света.
Разные приборы, измеряющие коэффициент пульсации, рассчитывают его по разным формулам. Люксметр-пульсметр-яркомер «Люпин» использует формулу ГОСТ, спектрометр UPRtek MK350D использует упрощённую формулу. В проекте Lamptest я измеряю пульсацию с помощью прибора UPRtek MK350D, поэтому значения коэффициента пульсации у ламп не превышают 100%. Я перешёл на упрощённую формулу по двум причинам: многих удивляла пульсация больше 100% и они думали, что с измерениями что-то не так, кроме того по большому счёту совершенно не важно, пульсация 90, 100 или 146%. Во всех этих случаях свет плохой и его использовать нельзя.
Считается, что пульсация с частотой более 300 Гц никак не влияет на человека и во многих приборах есть фильтрация, исключающая фиксацию пульсации с более высокой частотой.
Возможности
Народный измеритель пульсации отображает на экране сразу два коэффициента пульсации: Kp1 — формула ГОСТ, Kp2 — упрощённая формула.
В нижней части экрана отображается осциллограмма яркости во всём диапазоне, в верхней части — увеличенная осциллограмма только самой пульсации (если она есть). Значение минимума яркости для верхней осциллограммы отображается под ней справа.
Под верхней осциллограммой отображается цветная полоса. Когда она зелёная, пульсации низкие и свет безопасен, желтый цвет говорит о небольшой пульсации, незаметной визуально. Оранжевый цвет — пульсация, заметная визуально. Красный цвет — сильная видимая пульсация.
Дополнительно отображаются три параметра:
Emax — текущая максимальная яркость света в условных единицах;
Emin — текущая минимальная яркость;
Eenv — Уровень фоновой засветки и шума АЦП.
На нижней осциллограмме есть синяя горизонтальная линия, соответствующая Eenv. Красными точками показывается контур осциллограммы со сглаживанием (программной фильтрацией).
Уровень фоновой засветки измеряется при включении прибора, когда на экране выводится сообщение «Auto calibration». Для повторной калибровки нужно просто выключить и включить прибор. Самые точные измерения получаются при измерении в полной темноте, но и при обычном освещении результаты достаточно точны.
Прибор работает в диапазоне освещенности ~100-2000 лк. Если света недостаточно для точного измерения, выводится сообщение «Low Light», если свет слишком яркий, выводится «Over Light».
При измерении располагайте прибор на таком расстоянии от источника света, чтобы ни одного из этих сообщений не было на экране. Лучше, чтобы значение Emax при этом было больше 500.
На экране отображаются осциллограммы за 40 мс. У большинства ламп пульсация имеет частоту 100 Гц, при этом на экране видны четыре волны. Если пульсация имеет более высокую частоту, количество волн на экране будет больше. Максимальная частота, которую «видит» прибор — ~800 Гц. Какой-либо фильтрации по частоте пульсации в приборе нет.
Комплектующие
Все основные комплектующие можно купить на Aliexpress. Нам понадобится:
1. Датчик света TEMT6000.
2. Микроконтроллер NodeMCU с интерфейсным чипом CH340.
3. Экран TFT 1.77". Можно взять TFT 1.8" (сам экран там точно такой же, в том числе по размеру, отличие в слоте для SD-карты сзади и в том, что у 1.8 выводы под экраном, а у 1.77 над экраном). 1.77" лучше тем, что модуль тоньше из-за отсутствия слота под SD.
4. Провода с разъёмами Dupont 10C Female to Female. Разумеется, можно не использовать провода с разъёмами, а просто всё спаять обычными проводами. Паять в любом случае придётся — датчик света приходит с неприпаянным разъёмом, лежащим отдельно в пакетике).
Остаётся выключатель, корпус, разъём для батарейки Крона и сама батарейка.
Выключатель можно использовать любой.
Ссылки на все комплектующие можно найти вот в этой моей публикации.
Разъём для батарейки Крона выдирается из старой батарейки такого типа. Батарейку можно использовать как щелочную (Alkaline), так и солевую (её хватит на два часа непрерывной работы). Кстати, если места в корпусе совсем не хватает, можно разобрать щелочную батарейку Крона, вынуть из неё шесть соединённых последовательно батареек AAAA и расположить их в корпусе, как удобно.
Для того, чтобы не вырезать окошко под экран, лучше использовать корпус из прозрачного пластика. Я использовал в качестве корпуса "органайзер для мелочей «Каждый день» 125х75х30 мм", купленный в Ашане за 30 рублей. Подойдут также коробки от детских ушных палочек, от зубочисток-скобок. Можно использовать и губки для обуви с прозрачной половиной, но у них очень тонкий пластик, который легко трескается.
Прошивка
Прошивку для прибора совершенно бескорыстно создал Станислав Грицинов, за что ему огромное спасибо!
Скачайте архив https://ammo1.ru/aa/pic22a/Lamptest_Flicker.rar и распакуйте его в любую папку. В архиве два файла — прошивка и программа ESP8266Flasher.
Подключите плату NodeMCU к компьютеру (датчик и экран подключать к плате необязательно). Если требуется, установите драйвер CH340. На компьютере должен появится новый COM-порт.
Запустите ESP8266Flasher, выберите появившийся COM-порт, нажмите Config, нажмите верхнюю шестерёнку, выберите файл прошивки (LAMP_PULSE_TEMT6000_15_2_ST7735_4_1_ESP_18_filter_1.ino.nodemcu.bin), нажмите Operation, нажмите Flash. Начнётся процесс прошивки, который займёт около 30 секунд. Когда внизу появится зелёная галочка, плату можно отключать.
Для тех, кому удобней прошивать прибор через Arduino IDE и тех, кто хочет изучить, как работает программа и, возможно, улучшить её, публикую скетч: https://ammo1.ru/aa/pic22a/LAMP_PULSE_TEMT6000_15_2_ST7735_4_1_ESP_18_filter_1.ino.
Сборка
Подключение датчика:
OUT (S) — A0
VCC (V) — 3V (любой контакт из трех)
GND (G) — G (лучше тот, что рядом с A0)
Подключение батарейки:
+ — VIN (через выключатель)
— — G (лучше тот, что рядом с VIN)
Подключение экрана:
Экран 1.77"
1 GND — G
2 VCC — 3V
3 SCK — D5
4 SDA — D7
5 RES — 3V (можно подключить к D6)
6 RS — D1
7 CS — D2
8 LEDA — 3V
Экран 1.8"
LED — 3V
SCK — D5
SDA — D7
A0 — D1
RESET — 3V (можно подключить к D6)
CS — D2
GND — G
VCC — 3V
Экран приклеивается изнутри к прозрачному корпусу термоклеем. Важно не перепутать верх и низ (у 1.77" контакты сверху, у 1.8" снизу). Датчик приклеивается тем же термоклеем к торцу корпуса.
Лучше сначала всё собрать и запустить, а потому уже размещать в корпусе.
Питание
Самый простой вариант — питание от батарейки «Крона». Можно вообще обойтись без встроенного питания и подключать прибор через разъём MicroUSB к любому источнику питания с выходом USB или пауэрбанку. Можно использовать одну или две батарейки AA/AA и повышающий преобразователь. Делать питание от аккумулятора смысла нет, ведь прибор вряд ли будет использоваться очень часто.
Датчик
Не обязательно использовать именно TEMT6000. В продаже есть датчики OPT101, у которых можно менять чувствительность изменением номинала шунтирующего резистора. В качестве датчика можно даже использовать маленькие солнечные батареи от игрушек (точность измерения будет ниже, но отсутствие пульсации и пульсацию под 100% будет отлично видно).
Проблемы
Характеристика датчика TEMT6000 не совсем линейна. Я даже думал делать таблицу коэффициентов пересчёта, но оказалось, что показания прибора и так достаточно точны (по большому счёту не очень важно пульсация 30% или 35%, главное, что видно, когда пульсация менее 1% и более 90%).
Я планировал сделать красивый интерфейс с крупными цифрами значений пульсации. Был нарисован вот такой макет.
К сожалению из-за текущих событий Станислав пока оказался вдали от «железок» и неизвестно, когда он сможет и сможет ли вернуться к разработке. Если кто-то из вас возьмётся доделать интерфейс, будет очень здорово. Возможно я и сам этим займусь, когда переделаю все накопившиеся дела.
Можно ли купить готовый прибор
У меня нет цели зарабатывать на приборе. Я придумал этот проект для общественной пользы. Сейчас прибор существует в двух экземплярах (один в корпусе, второй просто в виде макетной сборки). Есть человек, который готов их собирать. Какую цену вы готовы заплатить за прибор в таком же корпусе, как на заглавном фото?
Если появятся люди или компании, которые захотят выпускать прибор, я не против. Если они сочтут нужным отчислять процент на развитие Lamptest будет хорошо, но я ничего не требую.
Я знаю, что многие купили комплектующие, соберут и запустят прибор в эти выходные. Я прошу вас сфотографировать ваши приборы и опубликовать фото здесь в комментариях или в Телеграм @ammochat. Мне будет очень приятно и я буду знать, что всё это не зря.
Всем мира!
© 2022, Алексей Надёжин
Комментарии (54)
botogen
25.03.2022 17:42+1Еще хорошая и простая реализация была у Дмитрия Коржевского, я бы его тоже упомянул в статье )
AlexeyNadezhin Автор
25.03.2022 17:54Дайте ссылку пожалуйста. Может я видел, а может и нет.
botogen
25.03.2022 18:00+4https://www.youtube.com/watch?v=9h4_W25qP64
Это конечно не количественное а качественное измерение, но сама реализация достаточно прикольна и делается за 10 минут )
AlexeyNadezhin Автор
25.03.2022 18:08+4Это видел. Но это не прибор, а просто оснастка для звукового входа компьютера или телефона.
Наш прибор делается за те же 10 минут, но показывает и значения и осциллограммы.
gresolio
25.03.2022 22:47Хороший мини прибор получается в тандеме с любым портативным усилителем.
Не показывает, но отлично озвучивает, я приятно удивлён результатом.
habr.com/ru/post/491978
justicebest
25.03.2022 23:52Только зачем слушать, если можно подключить к смартфону меньший по размеру фотоэлемент и получить более информативный результат: https://zen.yandex.ru/media/id/5c50c2abee8f3100ade4748d/kak-s-pomosciu-smartfona-proverit-televizor-na-vrednoe-shim-mercanie-606c4507edf9cd6a90ed9c28
ozjidoon
25.03.2022 18:06статья отличная.
от себя добавлю - на таком же контейнере я пульт делал на ардуине
isden
25.03.2022 18:15TEMT6000
А обычный фоторезистор не подойдет?
AlexeyNadezhin Автор
25.03.2022 18:32+4Резистор нет (он медленный очень). Фотодиод с обвязкой, чтобы на выходе было 0-3 В годится.
agalakhov
25.03.2022 20:11Удобно использовать BPW34 + 1/4 LM324 (или любой другой ОУ) по схеме, как в OPT101P. Опорное напряжение для +-входа можно делать диодом или можно поделить резисторами опорное из микроконтроллера. Можно использовать микроконтроллер со встроенным ОУ.
Схема из BPW34 + LM324 будет точнее, чем TEMT6000. Еще лучше "настоящая" OPT101P.
AlexeyNadezhin Автор
25.03.2022 21:26+1Так лучше OPT101, чем возня с ОУ. Он стоил 100 рублей на Али, сейчас наверное около 150. У меня есть, но руки не дошли попробовать.
gresolio
25.03.2022 22:57+1Маленькие солнечные панели отлично подходят, быстродействие и чувствительность на высоте: habr.com/ru/post/491978
Dmitry_Dor
25.03.2022 19:11+3увы, доступных приборов для измерения коэффициента пульсации нет в продаже.
Для измерения пульсации света ИМХО вполне можно использоватьобыкновенный бытовойосциллограф.
Если он уже есть всемьехозяйстве, то требуется докупить только фотодатчик (я использовал фотодиод BPW34 DIP-2 за $0.25).
Ну а если его нет, то придётся купить (я использовал готовый осциллограф DSO150 за $18.60, набор для самосбора ещё дешевле).
По цене (с учётом стоимости осциллографа) получается несколько дороже, чем рассматривемый вариант, но в общем-то вполне сопоставимо. Но зато ничего не надо паять и прошивать (нужно лишь сколхозить подключение светодиода к щупам осциллографа).
Зато в качестве «побочного продукта» останется осциллограф, который можно использовать для ещё каких-то целей.
Ну а если осциллограф уже есть, то дополнительные затраты вообще копеечные.
Конечно как и любое универсальное решение, осциллограф наверное менее удобен, чем предлагаемый в статье AlexeyNadezhin специализированный прибор, но если его требуется использовать один-два раза в год, то наверное тоже имеет право на существование.
Более подробно я об этом писал в статье
• Простой способ получения ”Flicker-Off”: «отключение» ШИМ мерцания подсветки LCD мониторов и телевизоров
(ближе к концу статьи, под спойлером)Одна из фотографий отуда(в статье рассматриваются и другие способы оценки мерцания — по фотографии камерой смартфона и «карандашный тест», поэтому на фото кроме собственно осциллографа виден и экран монитора с характерными полосами от ШИМ подсветки).
agalakhov
25.03.2022 20:14+3Только BPW34 лучше цеплять не напрямую к осциллографу, а через ОУ в схеме преобразователя ток-напряжение, чтобы напряжение на фотодиоде оставалось постоянным. Тогда меньше будет влиять паразитная емкость фотодиода и возрастет линейность. Вот по этой схеме:
https://radioprog.ru/uploads/media/articles/0001/04/cda5260d177f76c7da3e734733cc53bee125c8f3.jpeg
Вход "+" ОУ лучше подключать не к земле, а чуть выше, где-нибудь полвольта (диод от земли — ок).
AlexeyNadezhin Автор
25.03.2022 21:28+2Минус варианта с осциллографом в том, что пульсацию он не считает и цифры не показывает.
Ну и ходить в магазин за лампочками с осциллографом и датчиком на проводах так себе вариант.
Dmitry_Dor
25.03.2022 23:17+1ходить в магазин за лампочками с осциллографом и датчиком на проводах так себе вариант.
Осциллограф DSO150 или аналогичный вполне разместится в подобной коробочке для рукоделий вместе с батарейкой “Крона" и фотоодиодом (при желании фотодиод можноподсоединитьприколхозить непосредственно к его BNC разъёму).
Да и для похода в магазин за лампочками ИМХО вполне достаточно смартфона с CMOS камерой и электронным затвором (подавляющее большинство современных смартфонов). ИМХО лучше отсеять слабомерцающую лампочку, мерцание которой заметно на камере смартфона, чем приобрести одну с существенным мерцанием, и узнать об этом уже дома.
Мы с вами уже говорили об этом, например тут https://habr.com/ru/post/369313/#comment_16124041 (6 лет назад) или тут
https://habr.com/ru/company/lamptest/blog/403865/#comment_18194401 (чуть позже, в т.ч в сравнении с ЛН).
Ну а «карандашный тест» в условиях магазина со 100500 горящими люстрами ИМХО не всегда возможно провести.
₽$ Не воспринимайте это как наезд на ваш прибор.
Он мне весьма понравился, и может быть я бы его и приобрёл (хотя тут зависит о цены готового изделия), но сам вряд ли буду делать.
Вообще то, что вы делаете считаю очень полезным.
У меня насмартфонеTV-Box давно установлена ваша программа LampTest, которой я регулярно пользуюсь.
И один из «плюсов» в вашей карме мой (больше увы, поставить не могу).
Просто я хотел показать возможность немного другого решения, которое я использовал при подготовке своей статьи https://habr.com/ru/post/469247/
Dmitry_Dor
27.03.2022 00:15+1Минус варианта с осциллографом в том, что пульсацию он не считает и цифры не показывает.
Ради интереса попробовал проверить с помощью осциллографаЛампу СТАРТ ECO LEDGLSE27 15W 40TLс мерцанием, заметным на камеру смартфона
(более сильно мерцающих ламп у меня сейчас ксожалениюсчастью уже не оказалось).
Фотодиод BPW34 на этот раз просто вставил в BNC разъём осциллографа DSO150 (разместился, как в своём родном гнезде)
Результат на фотографии (с цифрами).
₽$ Безусловно, с помощью осциллографа измерять мерцание менее удобно, и намного дольше, чем вашим прибором, но технически вполне возможно (в т.ч и в «полевых» условиях), и информации ИМХО вполне достаточно для оценки качества, надо лишь определиться с коэффициентами пересчёта.
₽₽$ И ещё раз повторю, что это не «наезд» на ваш прибор, который мне очень нравится, а просто показ альтернативной возможности. Вашего приборчика у меня нет (сам я вряд ли возьмусь его повторить, а купить готовый зависит от цены, по которой он будет предлагаться), а осциллограф DSO150 уже есть. Ну, а цена фотодиода $0.25
VT100
25.03.2022 21:38+2Пульсация может быть вызвана… использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для регулировки яркости света.
Не столько самим ШИМ'ом, сколько его схемотехнической реализацией. Поставлен или нет сглаживающий конденсатор на выходе. А если нет — то какова величина пульсаций тока дросселя.
… можно разобрать щелочную батарейку Крона, вынуть из неё шесть соединённых последовательно батареек AAAA .....
ЕМНИП, такое возможно только для "Крон" с маркровкой, содержащей "R61". У "Крон" с маркировкой "F22" — другая конструкция элементов.
AlexeyNadezhin Автор
25.03.2022 21:41+2Так я же написал "щелочную батарейку Крона". LR61 это щелочные, F-солевые. На самом деле бывают и щелочные с другой конструкцией, но очень редко.
madcatdev
25.03.2022 22:39Отличная задумка, я бы еще туда люксометр добавил как доп. функцию.
AlexeyNadezhin Автор
25.03.2022 22:44Добавить можно, но это дополнительный датчик и мне кажется там он не нужен.
madcatdev
26.03.2022 01:46Этот датчик разве не аналоговый выход имеет?
AlexeyNadezhin Автор
26.03.2022 08:21Тот, что стоит сейчас, аналоговый и точное измерение освещенности обеспечить не может.
Более-менее точный цифровой bh1750, но его нельзя использовать для измерения пульсации - он медленный.
madcatdev
27.03.2022 01:01Ну точное особо и не нужно, это же не метрологический прибор.
AlexeyNadezhin Автор
27.03.2022 10:00Дело не только в точности. У аналогового датчика либо узкий диапазон, либо низкое разрешение. Кому нужен люксметр до 2000 лк?
mrmhz
25.03.2022 22:43По моему слишком сложно для бытового использовани.проще использовать датчик приближения с телефона.и написать софт.либо как использовать разъем 3.5мм на микрофон и ловить фотоэлементом.уж 20кHz ваш глаз и камера точно не увидит.
SADKO
26.03.2022 11:35Не всякий датчик приближения и даже освещённости возвращает точный уровень.
Чаще просто бинарный выход, а освещённость усреденана до зела, так что пульсации не будут заметны.
amarao
25.03.2022 23:52+2А почему не приложение для телефона? Если яркость света и т.д. требует калиброванных приборов, то уж мерцания-то можно по любому slowmo видео посчитать.
AlexeyNadezhin Автор
26.03.2022 08:23+1Я решил, что автономный прибор гораздо удобней. Ну и к телефону все равно должна быть приставка, чтобы это нормально работало.
nochkin
26.03.2022 04:46Возможно, я пропустил это, но под какой лицензией это всё?
AlexeyNadezhin Автор
26.03.2022 08:24+2Понятия не имею. Ничего в этих лицензиях не понимаю и даже думать об этом не хочу.
vvzvlad
26.03.2022 14:02+5Если ты не против использования в коммерческих проектах (продажу таких устройств кем-то сторонним), то просто скажи это MIT лицензия (https://ru.wikipedia.org/wiki/Лицензия_MIT), она разрешает что угодно при условии указания автора.
nochkin
26.03.2022 19:19+1Я тоже в таком случае предлагаю MIT. Если лицензии нет, то это накладывает ненужные ограничения на использование.
Akr0n
26.03.2022 11:49+1Круто! Наверняка найдется умелец, который сделает модельку корпуса для 3D-принтера.
AlexeyNadezhin Автор
26.03.2022 12:12+2Мне кажется нет смысла. Придётся делать окошки для экрана и датчика, а это не очень хорошо.
Tomasina
28.03.2022 07:06+1Крепких небольших корпусов с прозрачной крышкой много у GAINTA. По цене сопоставимо с 3D печатью, но ровнее и прочнее.
YouHim
27.03.2022 00:48+4Не нашел схему устройства. Собирать по текстовому описанию как-то странно, если честно.
AlexeyNadezhin Автор
27.03.2022 10:06В случае с такими компонентами таблица подключений гораздо удобней и проще схемы.
YouHim
27.03.2022 11:05+2Ну не знаю. Для меня, как радиолюбителя, это все равно что собирать автомобиль по текстовому описанию. Я привык сначала глянуть на схему, а потом читать текст. Даже если это схема фонарика на три детали. Для технаря схема и чертеж это как карта для геолога
Eugeniy2014
27.03.2022 08:04+3А сейчас уже норма не выкладывать приципиальную схему?
AlexeyNadezhin Автор
27.03.2022 10:06+3В случае с такими компонентами таблица подключений гораздо удобней и проще схемы.
psycho-coder
Думаю нужен референс с реального экрана на предпологаемый макет. Такой как, точки фильтрации на нихнем графике, синяя полоска на нижнем, какие цифры как красить = широкая полоска под верхним графиком и т.д.
AlexeyNadezhin Автор
Это можно всё обсудить и придумать, как сделать лучше. Главное, что оно работает и измеряет уже сейчас.
psycho-coder
Согласен. Как соберу и поиграюсь, может быть мысли какие возникнут, тогда в ЛС напишу.
AlexeyNadezhin Автор
Спасибо! Только не в лс, а в Телеграм @ammo1. ЛС не увижу к сожалению.
psycho-coder
Договорились