光敏電阻在自動窗簾中的應(yīng)用

吳振磊+劉孝趙

摘要： 本設(shè)計(jì)是智能家居中的一個項(xiàng)目——自動窗簾，其主要是根據(jù)室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)窗簾的自動拉合，文章從整體上介紹了基于單片機(jī)的光控自動窗簾設(shè)計(jì)方案，并完成系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。

Abstract： This design is automatic curtain which is one of smart home projects. The automatic closing-opening of automatic curtain is achieved based on the outdoor environmental brightness. The article describes the design program of automatic light controlled curtain based on the single-chip and finishes the software and hardware design.

關(guān)鍵詞： 光敏電阻；自動窗簾；單片機(jī)

Key words： photoresistor；automatic curtain；single-chip

中圖分類號：TM54 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）25-0065-02

0 引言

隨著社會信息化進(jìn)程的加快，人們的工作習(xí)慣和生活方式發(fā)生了巨大的變化。同時信息化社會也在挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)的住宅，改變著人們的心態(tài)。人們對家居的要求早已不是簡單的物理空間，而是一個更加舒適、安全、方便和環(huán)保的休閑娛樂的居家環(huán)境。家居智能化技術(shù)是以家為設(shè)計(jì)平臺，讓人們生活的更加方便是其不變的目標(biāo)?，F(xiàn)代智能化的關(guān)鍵是信息的智能識別和處理。各種各樣的傳感器就類似于人的眼睛耳朵或者鼻子，可以識別不同類型的信號。而信號的處理又需要具有人大腦的本領(lǐng)，可以選用諸如單片機(jī)、PLC等控制芯片，通過預(yù)先編制的程序，完成信號的處理并驅(qū)動設(shè)備的工作。本文是智能家居中的一個項(xiàng)目——光控自動窗簾的設(shè)計(jì)。整個系統(tǒng)的傳感器部分采用了光敏電阻，處理器采用了常用的8位單片機(jī)芯片AT89S52。

1 光敏電阻原理分析

光敏電阻是根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測器件，當(dāng)光電材料受到光照射后，材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化，即光敏電阻的阻值會隨著光照強(qiáng)弱的變化而變化。光照強(qiáng)，光敏電阻的阻值就小；光照弱，光敏電阻的阻值就大。光敏電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻，光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻。通常將光敏電阻的光敏面作成蛇形，電極作成梳狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及實(shí)物外觀如圖1和圖2所示；這樣既可保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間距離，從而既可減小極間電子渡越時間，也有利于提高靈敏度。

■

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

光控自動窗簾的總體框圖主要包括單片機(jī)電路、光敏傳感器單元及直流電機(jī)部分。

■

圖3 光控自動窗簾總體框圖

整體硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)外圍電路、直流電機(jī)驅(qū)動電路、光敏傳感器電路。單片機(jī)外圍電路主要是電源電路，晶振電路和復(fù)位電路；直流電機(jī)驅(qū)動電路采用H橋驅(qū)動電機(jī)電路；光敏傳感器電路主要由光敏電阻和LM339比較器組成。光敏傳感器通過采集光信號經(jīng)電壓比較后輸出高低電平信號再輸入到單片機(jī)，由單片機(jī)的P1口控制直流電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)而控制窗簾的升降，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的光控自動。

2.1 光敏傳感器電路

光敏傳感器電路主要包括光敏電阻和集成運(yùn)放LM339所組成的電壓比較器電路，單元電路如圖4所示。

■

圖4 光敏傳感器電路

在對光敏電阻進(jìn)行測量實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)在晴天的時候，光敏電阻阻值變化的最為明顯，中午時分阻值約為1.5K歐姆，到了傍晚夜間時光敏電阻的阻值為1M歐姆，且每個時間段之間光敏電阻阻值也會有明顯變化。陰雨天時由于光照強(qiáng)度的變化不是很大，所以導(dǎo)致光敏電阻阻值的變化較晴天相比每個階段之間不是很明顯。

與光敏電阻串聯(lián)的10K電阻是與光敏電阻進(jìn)行分壓的電阻，并將分壓后的電壓作為待比較電壓輸入到LM33比較器的同相輸入端與反相輸入端的參考電壓比較。LM339輸出端的電阻為上拉電阻，因其輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接10K的上拉電阻。

2.2 直流電機(jī)驅(qū)動電路

本設(shè)計(jì)中電機(jī)可采用12V直流電動機(jī)作為窗簾伸縮的動作機(jī)構(gòu)，直流電源可由220V交流電經(jīng)變壓整流后得到，電機(jī)驅(qū)動由三極管組成的H橋電路實(shí)現(xiàn)。

組成H橋電路的三極管由8550的PNP管和8050的NPN管構(gòu)成，對角線上的使用的三極管型號不一致。電機(jī)選用12V直流電機(jī)。將電機(jī)方向輸入端MA、MB接入到單片機(jī)的P3口線上，當(dāng)MA=1，MB=0時，電路中的Q2，Q3，Q6，Q7導(dǎo)通，Q1，Q4，Q5，Q8截止，即電流從電源正極經(jīng)Q2，Q3穿過電機(jī)，然后經(jīng)Q6，Q7回到電源負(fù)極，此時電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開；當(dāng)MA=0，MB=1時，電路中的Q1，Q4，Q5，Q8飽和，Q2，Q3，Q6，Q7截止，即電流從電源正極經(jīng)過Q5，Q8通過電機(jī)，再經(jīng)由Q1，Q4回到電源負(fù)極，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾關(guān)閉。

2.3 單片機(jī)主控電路

單片機(jī)主控電路以單片機(jī)最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用P3.2口接收比較器送出的信號，通過程序處理，將控制信號通過P1.0和P1.1口送給H橋的MA和MB，以驅(qū)動電動機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)?？傮w電路如圖5所示。

■圖5 自動窗簾總體電路圖

3 總結(jié)

本設(shè)計(jì)采用了較為實(shí)用可靠的光敏電阻作為傳感器，通過運(yùn)算放大器LM339進(jìn)行電壓比較，判斷光照強(qiáng)弱。并通過單片機(jī)送出控制信號驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行工作，完成窗簾的自動放下和升起的過程。同時為了方便觀察，在電路中接入LED指示燈，通過LED燈反映電機(jī)正反轉(zhuǎn)的情況。利用仿真軟件Proteus進(jìn)行仿真及制作實(shí)物驗(yàn)證，電路工作正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。整個電路設(shè)計(jì)中，所用到的電子元器件均為市場上常見元器件，電路簡單實(shí)用，在具體開發(fā)時，還可以根據(jù)客戶要求進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳翠娟，張恒.模擬電子技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[2]湯偉芳.模擬電子技術(shù)[M].人民郵電出版社，2010.

[3]黃英.單片機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)[M].復(fù)旦大學(xué)出版社，2011.

[4]范林霄.基于單片機(jī)的自動窗簾裝置的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)技術(shù)，2013（13）.endprint

摘要： 本設(shè)計(jì)是智能家居中的一個項(xiàng)目——自動窗簾，其主要是根據(jù)室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)窗簾的自動拉合，文章從整體上介紹了基于單片機(jī)的光控自動窗簾設(shè)計(jì)方案，并完成系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。

Abstract： This design is automatic curtain which is one of smart home projects. The automatic closing-opening of automatic curtain is achieved based on the outdoor environmental brightness. The article describes the design program of automatic light controlled curtain based on the single-chip and finishes the software and hardware design.

關(guān)鍵詞： 光敏電阻；自動窗簾；單片機(jī)

Key words： photoresistor；automatic curtain；single-chip

中圖分類號：TM54 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）25-0065-02

0 引言

隨著社會信息化進(jìn)程的加快，人們的工作習(xí)慣和生活方式發(fā)生了巨大的變化。同時信息化社會也在挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)的住宅，改變著人們的心態(tài)。人們對家居的要求早已不是簡單的物理空間，而是一個更加舒適、安全、方便和環(huán)保的休閑娛樂的居家環(huán)境。家居智能化技術(shù)是以家為設(shè)計(jì)平臺，讓人們生活的更加方便是其不變的目標(biāo)?，F(xiàn)代智能化的關(guān)鍵是信息的智能識別和處理。各種各樣的傳感器就類似于人的眼睛耳朵或者鼻子，可以識別不同類型的信號。而信號的處理又需要具有人大腦的本領(lǐng)，可以選用諸如單片機(jī)、PLC等控制芯片，通過預(yù)先編制的程序，完成信號的處理并驅(qū)動設(shè)備的工作。本文是智能家居中的一個項(xiàng)目——光控自動窗簾的設(shè)計(jì)。整個系統(tǒng)的傳感器部分采用了光敏電阻，處理器采用了常用的8位單片機(jī)芯片AT89S52。

1 光敏電阻原理分析

光敏電阻是根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測器件，當(dāng)光電材料受到光照射后，材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化，即光敏電阻的阻值會隨著光照強(qiáng)弱的變化而變化。光照強(qiáng)，光敏電阻的阻值就??；光照弱，光敏電阻的阻值就大。光敏電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻，光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻。通常將光敏電阻的光敏面作成蛇形，電極作成梳狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及實(shí)物外觀如圖1和圖2所示；這樣既可保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間距離，從而既可減小極間電子渡越時間，也有利于提高靈敏度。

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2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

光控自動窗簾的總體框圖主要包括單片機(jī)電路、光敏傳感器單元及直流電機(jī)部分。

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圖3 光控自動窗簾總體框圖

整體硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)外圍電路、直流電機(jī)驅(qū)動電路、光敏傳感器電路。單片機(jī)外圍電路主要是電源電路，晶振電路和復(fù)位電路；直流電機(jī)驅(qū)動電路采用H橋驅(qū)動電機(jī)電路；光敏傳感器電路主要由光敏電阻和LM339比較器組成。光敏傳感器通過采集光信號經(jīng)電壓比較后輸出高低電平信號再輸入到單片機(jī)，由單片機(jī)的P1口控制直流電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)而控制窗簾的升降，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的光控自動。

2.1 光敏傳感器電路

光敏傳感器電路主要包括光敏電阻和集成運(yùn)放LM339所組成的電壓比較器電路，單元電路如圖4所示。

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圖4 光敏傳感器電路

在對光敏電阻進(jìn)行測量實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)在晴天的時候，光敏電阻阻值變化的最為明顯，中午時分阻值約為1.5K歐姆，到了傍晚夜間時光敏電阻的阻值為1M歐姆，且每個時間段之間光敏電阻阻值也會有明顯變化。陰雨天時由于光照強(qiáng)度的變化不是很大，所以導(dǎo)致光敏電阻阻值的變化較晴天相比每個階段之間不是很明顯。

與光敏電阻串聯(lián)的10K電阻是與光敏電阻進(jìn)行分壓的電阻，并將分壓后的電壓作為待比較電壓輸入到LM33比較器的同相輸入端與反相輸入端的參考電壓比較。LM339輸出端的電阻為上拉電阻，因其輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接10K的上拉電阻。

2.2 直流電機(jī)驅(qū)動電路

本設(shè)計(jì)中電機(jī)可采用12V直流電動機(jī)作為窗簾伸縮的動作機(jī)構(gòu)，直流電源可由220V交流電經(jīng)變壓整流后得到，電機(jī)驅(qū)動由三極管組成的H橋電路實(shí)現(xiàn)。

組成H橋電路的三極管由8550的PNP管和8050的NPN管構(gòu)成，對角線上的使用的三極管型號不一致。電機(jī)選用12V直流電機(jī)。將電機(jī)方向輸入端MA、MB接入到單片機(jī)的P3口線上，當(dāng)MA=1，MB=0時，電路中的Q2，Q3，Q6，Q7導(dǎo)通，Q1，Q4，Q5，Q8截止，即電流從電源正極經(jīng)Q2，Q3穿過電機(jī)，然后經(jīng)Q6，Q7回到電源負(fù)極，此時電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開；當(dāng)MA=0，MB=1時，電路中的Q1，Q4，Q5，Q8飽和，Q2，Q3，Q6，Q7截止，即電流從電源正極經(jīng)過Q5，Q8通過電機(jī)，再經(jīng)由Q1，Q4回到電源負(fù)極，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾關(guān)閉。

2.3 單片機(jī)主控電路

單片機(jī)主控電路以單片機(jī)最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用P3.2口接收比較器送出的信號，通過程序處理，將控制信號通過P1.0和P1.1口送給H橋的MA和MB，以驅(qū)動電動機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)?？傮w電路如圖5所示。

■圖5 自動窗簾總體電路圖

3 總結(jié)

本設(shè)計(jì)采用了較為實(shí)用可靠的光敏電阻作為傳感器，通過運(yùn)算放大器LM339進(jìn)行電壓比較，判斷光照強(qiáng)弱。并通過單片機(jī)送出控制信號驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行工作，完成窗簾的自動放下和升起的過程。同時為了方便觀察，在電路中接入LED指示燈，通過LED燈反映電機(jī)正反轉(zhuǎn)的情況。利用仿真軟件Proteus進(jìn)行仿真及制作實(shí)物驗(yàn)證，電路工作正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。整個電路設(shè)計(jì)中，所用到的電子元器件均為市場上常見元器件，電路簡單實(shí)用，在具體開發(fā)時，還可以根據(jù)客戶要求進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳翠娟，張恒.模擬電子技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[2]湯偉芳.模擬電子技術(shù)[M].人民郵電出版社，2010.

[3]黃英.單片機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)[M].復(fù)旦大學(xué)出版社，2011.

[4]范林霄.基于單片機(jī)的自動窗簾裝置的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)技術(shù)，2013（13）.endprint

摘要： 本設(shè)計(jì)是智能家居中的一個項(xiàng)目——自動窗簾，其主要是根據(jù)室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)窗簾的自動拉合，文章從整體上介紹了基于單片機(jī)的光控自動窗簾設(shè)計(jì)方案，并完成系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。

Abstract： This design is automatic curtain which is one of smart home projects. The automatic closing-opening of automatic curtain is achieved based on the outdoor environmental brightness. The article describes the design program of automatic light controlled curtain based on the single-chip and finishes the software and hardware design.

關(guān)鍵詞： 光敏電阻；自動窗簾；單片機(jī)

Key words： photoresistor；automatic curtain；single-chip

中圖分類號：TM54 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）25-0065-02

0 引言

隨著社會信息化進(jìn)程的加快，人們的工作習(xí)慣和生活方式發(fā)生了巨大的變化。同時信息化社會也在挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)的住宅，改變著人們的心態(tài)。人們對家居的要求早已不是簡單的物理空間，而是一個更加舒適、安全、方便和環(huán)保的休閑娛樂的居家環(huán)境。家居智能化技術(shù)是以家為設(shè)計(jì)平臺，讓人們生活的更加方便是其不變的目標(biāo)。現(xiàn)代智能化的關(guān)鍵是信息的智能識別和處理。各種各樣的傳感器就類似于人的眼睛耳朵或者鼻子，可以識別不同類型的信號。而信號的處理又需要具有人大腦的本領(lǐng)，可以選用諸如單片機(jī)、PLC等控制芯片，通過預(yù)先編制的程序，完成信號的處理并驅(qū)動設(shè)備的工作。本文是智能家居中的一個項(xiàng)目——光控自動窗簾的設(shè)計(jì)。整個系統(tǒng)的傳感器部分采用了光敏電阻，處理器采用了常用的8位單片機(jī)芯片AT89S52。

1 光敏電阻原理分析

光敏電阻是根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測器件，當(dāng)光電材料受到光照射后，材料的電導(dǎo)率發(fā)生變化，即光敏電阻的阻值會隨著光照強(qiáng)弱的變化而變化。光照強(qiáng)，光敏電阻的阻值就小；光照弱，光敏電阻的阻值就大。光敏電阻在不受光時的阻值稱為暗電阻，光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻。通常將光敏電阻的光敏面作成蛇形，電極作成梳狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及實(shí)物外觀如圖1和圖2所示；這樣既可保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間距離，從而既可減小極間電子渡越時間，也有利于提高靈敏度。

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2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

光控自動窗簾的總體框圖主要包括單片機(jī)電路、光敏傳感器單元及直流電機(jī)部分。

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圖3 光控自動窗簾總體框圖

整體硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)外圍電路、直流電機(jī)驅(qū)動電路、光敏傳感器電路。單片機(jī)外圍電路主要是電源電路，晶振電路和復(fù)位電路；直流電機(jī)驅(qū)動電路采用H橋驅(qū)動電機(jī)電路；光敏傳感器電路主要由光敏電阻和LM339比較器組成。光敏傳感器通過采集光信號經(jīng)電壓比較后輸出高低電平信號再輸入到單片機(jī)，由單片機(jī)的P1口控制直流電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)而控制窗簾的升降，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的光控自動。

2.1 光敏傳感器電路

光敏傳感器電路主要包括光敏電阻和集成運(yùn)放LM339所組成的電壓比較器電路，單元電路如圖4所示。

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圖4 光敏傳感器電路

在對光敏電阻進(jìn)行測量實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)在晴天的時候，光敏電阻阻值變化的最為明顯，中午時分阻值約為1.5K歐姆，到了傍晚夜間時光敏電阻的阻值為1M歐姆，且每個時間段之間光敏電阻阻值也會有明顯變化。陰雨天時由于光照強(qiáng)度的變化不是很大，所以導(dǎo)致光敏電阻阻值的變化較晴天相比每個階段之間不是很明顯。

與光敏電阻串聯(lián)的10K電阻是與光敏電阻進(jìn)行分壓的電阻，并將分壓后的電壓作為待比較電壓輸入到LM33比較器的同相輸入端與反相輸入端的參考電壓比較。LM339輸出端的電阻為上拉電阻，因其輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接10K的上拉電阻。

2.2 直流電機(jī)驅(qū)動電路

本設(shè)計(jì)中電機(jī)可采用12V直流電動機(jī)作為窗簾伸縮的動作機(jī)構(gòu)，直流電源可由220V交流電經(jīng)變壓整流后得到，電機(jī)驅(qū)動由三極管組成的H橋電路實(shí)現(xiàn)。

組成H橋電路的三極管由8550的PNP管和8050的NPN管構(gòu)成，對角線上的使用的三極管型號不一致。電機(jī)選用12V直流電機(jī)。將電機(jī)方向輸入端MA、MB接入到單片機(jī)的P3口線上，當(dāng)MA=1，MB=0時，電路中的Q2，Q3，Q6，Q7導(dǎo)通，Q1，Q4，Q5，Q8截止，即電流從電源正極經(jīng)Q2，Q3穿過電機(jī)，然后經(jīng)Q6，Q7回到電源負(fù)極，此時電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開；當(dāng)MA=0，MB=1時，電路中的Q1，Q4，Q5，Q8飽和，Q2，Q3，Q6，Q7截止，即電流從電源正極經(jīng)過Q5，Q8通過電機(jī)，再經(jīng)由Q1，Q4回到電源負(fù)極，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾關(guān)閉。

2.3 單片機(jī)主控電路

單片機(jī)主控電路以單片機(jī)最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用P3.2口接收比較器送出的信號，通過程序處理，將控制信號通過P1.0和P1.1口送給H橋的MA和MB，以驅(qū)動電動機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)。總體電路如圖5所示。

■圖5 自動窗簾總體電路圖

3 總結(jié)

本設(shè)計(jì)采用了較為實(shí)用可靠的光敏電阻作為傳感器，通過運(yùn)算放大器LM339進(jìn)行電壓比較，判斷光照強(qiáng)弱。并通過單片機(jī)送出控制信號驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行工作，完成窗簾的自動放下和升起的過程。同時為了方便觀察，在電路中接入LED指示燈，通過LED燈反映電機(jī)正反轉(zhuǎn)的情況。利用仿真軟件Proteus進(jìn)行仿真及制作實(shí)物驗(yàn)證，電路工作正常，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。整個電路設(shè)計(jì)中，所用到的電子元器件均為市場上常見元器件，電路簡單實(shí)用，在具體開發(fā)時，還可以根據(jù)客戶要求進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳翠娟，張恒.模擬電子技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[2]湯偉芳.模擬電子技術(shù)[M].人民郵電出版社，2010.

[3]黃英.單片機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)[M].復(fù)旦大學(xué)出版社，2011.

[4]范林霄.基于單片機(jī)的自動窗簾裝置的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)技術(shù)，2013（13）.endprint