光敏電阻在自動窗簾中的應用

吳振磊+劉孝趙

摘要： 本設計是智能家居中的一個項目——自動窗簾，其主要是根據室外環境亮度實現窗簾的自動拉合，文章從整體上介紹了基于單片機的光控自動窗簾設計方案，并完成系統的軟、硬件設計。

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.

關鍵詞： 光敏電阻；自動窗簾；單片機

Key words： photoresistor；automatic curtain；single-chip

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

0 引言

隨著社會信息化進程的加快，人們的工作習慣和生活方式發生了巨大的變化。同時信息化社會也在挑戰著傳統的住宅，改變著人們的心態。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、方便和環保的休閑娛樂的居家環境。家居智能化技術是以家為設計平臺，讓人們生活的更加方便是其不變的目標。現代智能化的關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，可以選用諸如單片機、PLC等控制芯片，通過預先編制的程序，完成信號的處理并驅動設備的工作。本文是智能家居中的一個項目——光控自動窗簾的設計。整個系統的傳感器部分采用了光敏電阻，處理器采用了常用的8位單片機芯片AT89S52。

1 光敏電阻原理分析

光敏電阻是根據光電導效應制成的光電探測器件，當光電材料受到光照射后，材料的電導率發生變化，即光敏電阻的阻值會隨著光照強弱的變化而變化。光照強，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，內部結構及實物外觀如圖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 系統整體設計

光控自動窗簾的總體框圖主要包括單片機電路、光敏傳感器單元及直流電機部分。

■

圖3 光控自動窗簾總體框圖

整體硬件設計包括單片機外圍電路、直流電機驅動電路、光敏傳感器電路。單片機外圍電路主要是電源電路，晶振電路和復位電路；直流電機驅動電路采用H橋驅動電機電路；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電壓比較后輸出高低電平信號再輸入到單片機，由單片機的P1口控制直流電機的運行進而控制窗簾的升降，從而實現窗簾的光控自動。

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

在對光敏電阻進行測量實驗時發現在晴天的時候，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度的變化不是很大，所以導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。

與光敏電阻串聯的10K電阻是與光敏電阻進行分壓的電阻，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 直流電機驅動電路

本設計中電機可采用12V直流電動機作為窗簾伸縮的動作機構，直流電源可由220V交流電經變壓整流后得到，電機驅動由三極管組成的H橋電路實現。

組成H橋電路的三極管由8550的PNP管和8050的NPN管構成，對角線上的使用的三極管型號不一致。電機選用12V直流電機。將電機方向輸入端MA、MB接入到單片機的P3口線上，當MA=1，MB=0時，電路中的Q2，Q3，Q6，Q7導通，Q1，Q4，Q5，Q8截止，即電流從電源正極經Q2，Q3穿過電機，然后經Q6，Q7回到電源負極，此時電機正轉，窗簾打開；當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過Q5，Q8通過電機，再經由Q1，Q4回到電源負極，電機反轉，窗簾關閉。

2.3 單片機主控電路

單片機主控電路以單片機最小系統為基礎，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，以驅動電動機進行正反轉。總體電路如圖5所示。

■圖5 自動窗簾總體電路圖

3 總結

本設計采用了較為實用可靠的光敏電阻作為傳感器，通過運算放大器LM339進行電壓比較，判斷光照強弱。并通過單片機送出控制信號驅動電機進行工作，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燈反映電機正反轉的情況。利用仿真軟件Proteus進行仿真及制作實物驗證，電路工作正常，達到設計要求。整個電路設計中，所用到的電子元器件均為市場上常見元器件，電路簡單實用，在具體開發時，還可以根據客戶要求進一步擴展其功能。

參考文獻：

[1]吳翠娟，張恒.模擬電子技術[M].北京：清華大學出版社，2013.

[2]湯偉芳.模擬電子技術[M].人民郵電出版社，2010.

[3]黃英.單片機工程應用技術[M].復旦大學出版社，2011.

[4]范林霄.基于單片機的自動窗簾裝置的設計[J].工業技術，2013（13）.endprint

摘要： 本設計是智能家居中的一個項目——自動窗簾，其主要是根據室外環境亮度實現窗簾的自動拉合，文章從整體上介紹了基于單片機的光控自動窗簾設計方案，并完成系統的軟、硬件設計。

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.

關鍵詞： 光敏電阻；自動窗簾；單片機

Key words： photoresistor；automatic curtain；single-chip

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

0 引言

隨著社會信息化進程的加快，人們的工作習慣和生活方式發生了巨大的變化。同時信息化社會也在挑戰著傳統的住宅，改變著人們的心態。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、方便和環保的休閑娛樂的居家環境。家居智能化技術是以家為設計平臺，讓人們生活的更加方便是其不變的目標。現代智能化的關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，可以選用諸如單片機、PLC等控制芯片，通過預先編制的程序，完成信號的處理并驅動設備的工作。本文是智能家居中的一個項目——光控自動窗簾的設計。整個系統的傳感器部分采用了光敏電阻，處理器采用了常用的8位單片機芯片AT89S52。

1 光敏電阻原理分析

光敏電阻是根據光電導效應制成的光電探測器件，當光電材料受到光照射后，材料的電導率發生變化，即光敏電阻的阻值會隨著光照強弱的變化而變化。光照強，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，內部結構及實物外觀如圖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 系統整體設計

光控自動窗簾的總體框圖主要包括單片機電路、光敏傳感器單元及直流電機部分。

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圖3 光控自動窗簾總體框圖

整體硬件設計包括單片機外圍電路、直流電機驅動電路、光敏傳感器電路。單片機外圍電路主要是電源電路，晶振電路和復位電路；直流電機驅動電路采用H橋驅動電機電路；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電壓比較后輸出高低電平信號再輸入到單片機，由單片機的P1口控制直流電機的運行進而控制窗簾的升降，從而實現窗簾的光控自動。

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

在對光敏電阻進行測量實驗時發現在晴天的時候，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度的變化不是很大，所以導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。

與光敏電阻串聯的10K電阻是與光敏電阻進行分壓的電阻，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 直流電機驅動電路

本設計中電機可采用12V直流電動機作為窗簾伸縮的動作機構，直流電源可由220V交流電經變壓整流后得到，電機驅動由三極管組成的H橋電路實現。

組成H橋電路的三極管由8550的PNP管和8050的NPN管構成，對角線上的使用的三極管型號不一致。電機選用12V直流電機。將電機方向輸入端MA、MB接入到單片機的P3口線上，當MA=1，MB=0時，電路中的Q2，Q3，Q6，Q7導通，Q1，Q4，Q5，Q8截止，即電流從電源正極經Q2，Q3穿過電機，然后經Q6，Q7回到電源負極，此時電機正轉，窗簾打開；當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過Q5，Q8通過電機，再經由Q1，Q4回到電源負極，電機反轉，窗簾關閉。

2.3 單片機主控電路

單片機主控電路以單片機最小系統為基礎，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，以驅動電動機進行正反轉。總體電路如圖5所示。

■圖5 自動窗簾總體電路圖

3 總結

本設計采用了較為實用可靠的光敏電阻作為傳感器，通過運算放大器LM339進行電壓比較，判斷光照強弱。并通過單片機送出控制信號驅動電機進行工作，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燈反映電機正反轉的情況。利用仿真軟件Proteus進行仿真及制作實物驗證，電路工作正常，達到設計要求。整個電路設計中，所用到的電子元器件均為市場上常見元器件，電路簡單實用，在具體開發時，還可以根據客戶要求進一步擴展其功能。

參考文獻：

[1]吳翠娟，張恒.模擬電子技術[M].北京：清華大學出版社，2013.

[2]湯偉芳.模擬電子技術[M].人民郵電出版社，2010.

[3]黃英.單片機工程應用技術[M].復旦大學出版社，2011.

[4]范林霄.基于單片機的自動窗簾裝置的設計[J].工業技術，2013（13）.endprint

摘要： 本設計是智能家居中的一個項目——自動窗簾，其主要是根據室外環境亮度實現窗簾的自動拉合，文章從整體上介紹了基于單片機的光控自動窗簾設計方案，并完成系統的軟、硬件設計。

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.

關鍵詞： 光敏電阻；自動窗簾；單片機

Key words： photoresistor；automatic curtain；single-chip

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

0 引言

隨著社會信息化進程的加快，人們的工作習慣和生活方式發生了巨大的變化。同時信息化社會也在挑戰著傳統的住宅，改變著人們的心態。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、方便和環保的休閑娛樂的居家環境。家居智能化技術是以家為設計平臺，讓人們生活的更加方便是其不變的目標。現代智能化的關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，可以選用諸如單片機、PLC等控制芯片，通過預先編制的程序，完成信號的處理并驅動設備的工作。本文是智能家居中的一個項目——光控自動窗簾的設計。整個系統的傳感器部分采用了光敏電阻，處理器采用了常用的8位單片機芯片AT89S52。

1 光敏電阻原理分析

光敏電阻是根據光電導效應制成的光電探測器件，當光電材料受到光照射后，材料的電導率發生變化，即光敏電阻的阻值會隨著光照強弱的變化而變化。光照強，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，內部結構及實物外觀如圖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 系統整體設計

光控自動窗簾的總體框圖主要包括單片機電路、光敏傳感器單元及直流電機部分。

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圖3 光控自動窗簾總體框圖

整體硬件設計包括單片機外圍電路、直流電機驅動電路、光敏傳感器電路。單片機外圍電路主要是電源電路，晶振電路和復位電路；直流電機驅動電路采用H橋驅動電機電路；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電壓比較后輸出高低電平信號再輸入到單片機，由單片機的P1口控制直流電機的運行進而控制窗簾的升降，從而實現窗簾的光控自動。

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

在對光敏電阻進行測量實驗時發現在晴天的時候，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度的變化不是很大，所以導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。

與光敏電阻串聯的10K電阻是與光敏電阻進行分壓的電阻，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 直流電機驅動電路

本設計中電機可采用12V直流電動機作為窗簾伸縮的動作機構，直流電源可由220V交流電經變壓整流后得到，電機驅動由三極管組成的H橋電路實現。

組成H橋電路的三極管由8550的PNP管和8050的NPN管構成，對角線上的使用的三極管型號不一致。電機選用12V直流電機。將電機方向輸入端MA、MB接入到單片機的P3口線上，當MA=1，MB=0時，電路中的Q2，Q3，Q6，Q7導通，Q1，Q4，Q5，Q8截止，即電流從電源正極經Q2，Q3穿過電機，然后經Q6，Q7回到電源負極，此時電機正轉，窗簾打開；當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過Q5，Q8通過電機，再經由Q1，Q4回到電源負極，電機反轉，窗簾關閉。

2.3 單片機主控電路

單片機主控電路以單片機最小系統為基礎，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，以驅動電動機進行正反轉。總體電路如圖5所示。

■圖5 自動窗簾總體電路圖

3 總結

本設計采用了較為實用可靠的光敏電阻作為傳感器，通過運算放大器LM339進行電壓比較，判斷光照強弱。并通過單片機送出控制信號驅動電機進行工作，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燈反映電機正反轉的情況。利用仿真軟件Proteus進行仿真及制作實物驗證，電路工作正常，達到設計要求。整個電路設計中，所用到的電子元器件均為市場上常見元器件，電路簡單實用，在具體開發時，還可以根據客戶要求進一步擴展其功能。

參考文獻：

[1]吳翠娟，張恒.模擬電子技術[M].北京：清華大學出版社，2013.

[2]湯偉芳.模擬電子技術[M].人民郵電出版社，2010.

[3]黃英.單片機工程應用技術[M].復旦大學出版社，2011.

[4]范林霄.基于單片機的自動窗簾裝置的設計[J].工業技術，2013（13）.endprint