智慧家庭控制器

郝烏陽

你是否想象過這樣的場景：家中的空調、加濕器、電動窗簾、熱水器等都能根據個人喜好以及周圍環境的溫度、濕度、光線狀態而自動工作。這些在電影里才會出現的智能家電很快就會來到我們身邊。

雖然我也十分期待它們的到來，但我更好奇它們的運行原理。為此，我嘗試用電子元件搭建了一個智慧家庭控制器。

一、基本原理

控制器用到的主要傳感器有光敏電阻、熱敏電阻、濕敏電阻、可調電阻、電壓比較器、三極管等。

我以光敏電阻為例來說明控制電路原理。光敏電阻的特點是光線變亮時電阻變小，例如光線暗時電阻大約為100k歐姆，光線亮時電阻大約為1k歐姆。因此，可將直流電源串聯一個普通電阻加在光敏電阻上，從而在光敏電阻上得到隨光線強弱變化的電壓Vg，如圖1所示。

將Vg送入電壓比較器與設定的電壓閾值V1、V2比較。光線很強時，VgV2，使窗簾打開;光線合適時，兩個電壓比較器都不輸出動作信號，窗簾停在當前位置不動，這樣就實現了室內亮度的自動調節。

采用相似原理設計電路，溫度過高時熱敏電阻控制空調啟動，濕度過低時濕敏電阻控制加濕器啟動。

二、制作實物

控制器選用直流5V供電，傳感器上的電壓送入電壓比較器LM393，來自可調電阻分壓得到的電壓閾值也送入LM393。兩個電壓比較大小后，LM393輸出相應控制信號使發光二極管指示家電當前工作狀態，同時經過三極管等組成的功率放大電路，通過插座接口輸出，控制家電工作。

最后完成的控制器電路板如圖2所示，左邊是三種傳感器，右邊是發光二極管指示燈和家電插座接口。電路板從上往下依次是采用光敏電阻的窗簾控制電路、采用熱敏電阻的空調控制電路、采用濕敏電阻的加濕器控制電路。

三、創新點

1.利用傳感器采集家庭環境信息，控制家電，提高家庭智能化水平。

2.每個家電動作閾值可調，以優化用電方案，節約能源，減少環境污染。

3.控制器中各電路分工明確，模塊化設計便于后期維護和功能升級。

四、思考與完善

智慧家庭控制器實現了對電動窗簾、空調、加濕器的自動控制，將來還可以增加更多功能，例如設置空氣質量傳感器、煤氣傳感器、煙霧傳感器、紅外線傳感器等，實現家庭安全防護功能。

控制器還可以增加觸摸屏和語音識別功能，增加與電腦、手機的網絡通信功能，用戶無論在家中還是外出時都可以通過手機查看房間內的狀況，控制家用電器工作。

（指導老師：張大海）