光敏电阻在自动窗帘中的应用

吴振磊+刘孝赵

摘要： 本设计是智能家居中的一个项目——自动窗帘，其主要是根据室外环境亮度实现窗帘的自动拉合，文章从整体上介绍了基于单片机的光控自动窗帘设计方案，并完成系统的软、硬件设计。

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.

关键词： 光敏电阻；自动窗帘；单片机

Key words： photoresistor；automatic curtain；single-chip

中图分类号：TM54 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）25-0065-02

0 引言

随着社会信息化进程的加快，人们的工作习惯和生活方式发生了巨大的变化。同时信息化社会也在挑战着传统的住宅，改变着人们的心态。人们对家居的要求早已不是简单的物理空间，而是一个更加舒适、安全、方便和环保的休闲娱乐的居家环境。家居智能化技术是以家为设计平台，让人们生活的更加方便是其不变的目标。现代智能化的关键是信息的智能识别和处理。各种各样的传感器就类似于人的眼睛耳朵或者鼻子，可以识别不同类型的信号。而信号的处理又需要具有人大脑的本领，可以选用诸如单片机、PLC等控制芯片，通过预先编制的程序，完成信号的处理并驱动设备的工作。本文是智能家居中的一个项目——光控自动窗帘的设计。整个系统的传感器部分采用了光敏电阻，处理器采用了常用的8位单片机芯片AT89S52。

1 光敏电阻原理分析

光敏电阻是根据光电导效应制成的光电探测器件，当光电材料受到光照射后，材料的电导率发生变化，即光敏电阻的阻值会随着光照强弱的变化而变化。光照强，光敏电阻的阻值就小；光照弱，光敏电阻的阻值就大。光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻，光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻。通常将光敏电阻的光敏面作成蛇形，电极作成梳状，内部结构及实物外观如图1和图2所示；这样既可保证有较大的受光表面，也可以减小电极之间距离，从而既可减小极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。

■

2 系统整体设计

光控自动窗帘的总体框图主要包括单片机电路、光敏传感器单元及直流电机部分。

■

图3 光控自动窗帘总体框图

整体硬件设计包括单片机外围电路、直流电机驱动电路、光敏传感器电路。单片机外围电路主要是电源电路，晶振电路和复位电路；直流电机驱动电路采用H桥驱动电机电路；光敏传感器电路主要由光敏电阻和LM339比较器组成。光敏传感器通过采集光信号经电压比较后输出高低电平信号再输入到单片机，由单片机的P1口控制直流电机的运行进而控制窗帘的升降，从而实现窗帘的光控自动。

2.1 光敏传感器电路

光敏传感器电路主要包括光敏电阻和集成运放LM339所组成的电压比较器电路，单元电路如图4所示。

■

图4 光敏传感器电路

在对光敏电阻进行测量实验时发现在晴天的时候，光敏电阻阻值变化的最为明显，中午时分阻值约为1.5K欧姆，到了傍晚夜间时光敏电阻的阻值为1M欧姆，且每个时间段之间光敏电阻阻值也会有明显变化。阴雨天时由于光照强度的变化不是很大，所以导致光敏电阻阻值的变化较晴天相比每个阶段之间不是很明显。

与光敏电阻串联的10K电阻是与光敏电阻进行分压的电阻，并将分压后的电压作为待比较电压输入到LM33比较器的同相输入端与反相输入端的参考电压比较。LM339输出端的电阻为上拉电阻，因其输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接10K的上拉电阻。

2.2 直流电机驱动电路

本设计中电机可采用12V直流电动机作为窗帘伸缩的动作机构，直流电源可由220V交流电经变压整流后得到，电机驱动由三极管组成的H桥电路实现。

组成H桥电路的三极管由8550的PNP管和8050的NPN管构成，对角线上的使用的三极管型号不一致。电机选用12V直流电机。将电机方向输入端MA、MB接入到单片机的P3口线上，当MA=1，MB=0时，电路中的Q2，Q3，Q6，Q7导通，Q1，Q4，Q5，Q8截止，即电流从电源正极经Q2，Q3穿过电机，然后经Q6，Q7回到电源负极，此时电机正转，窗帘打开；当MA=0，MB=1时，电路中的Q1，Q4，Q5，Q8饱和，Q2，Q3，Q6，Q7截止，即电流从电源正极经过Q5，Q8通过电机，再经由Q1，Q4回到电源负极，电机反转，窗帘关闭。

2.3 单片机主控电路

单片机主控电路以单片机最小系统为基础，利用P3.2口接收比较器送出的信号，通过程序处理，将控制信号通过P1.0和P1.1口送给H桥的MA和MB，以驱动电动机进行正反转。总体电路如图5所示。

■图5 自动窗帘总体电路图

3 总结

本设计采用了较为实用可靠的光敏电阻作为传感器，通过运算放大器LM339进行电压比较，判断光照强弱。并通过单片机送出控制信号驱动电机进行工作，完成窗帘的自动放下和升起的过程。同时为了方便观察，在电路中接入LED指示灯，通过LED灯反映电机正反转的情况。利用仿真软件Proteus进行仿真及制作实物验证，电路工作正常，达到设计要求。整个电路设计中，所用到的电子元器件均为市场上常见元器件，电路简单实用，在具体开发时，还可以根据客户要求进一步扩展其功能。

参考文献：

[1]吴翠娟，张恒.模拟电子技术[M].北京：清华大学出版社，2013.

[2]汤伟芳.模拟电子技术[M].人民邮电出版社，2010.

[3]黄英.单片机工程应用技术[M].复旦大学出版社，2011.

[4]范林霄.基于单片机的自动窗帘装置的设计[J].工业技术，2013（13）.endprint

摘要： 本设计是智能家居中的一个项目——自动窗帘，其主要是根据室外环境亮度实现窗帘的自动拉合，文章从整体上介绍了基于单片机的光控自动窗帘设计方案，并完成系统的软、硬件设计。

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.

关键词： 光敏电阻；自动窗帘；单片机

Key words： photoresistor；automatic curtain；single-chip

中图分类号：TM54 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）25-0065-02

0 引言

随着社会信息化进程的加快，人们的工作习惯和生活方式发生了巨大的变化。同时信息化社会也在挑战着传统的住宅，改变着人们的心态。人们对家居的要求早已不是简单的物理空间，而是一个更加舒适、安全、方便和环保的休闲娱乐的居家环境。家居智能化技术是以家为设计平台，让人们生活的更加方便是其不变的目标。现代智能化的关键是信息的智能识别和处理。各种各样的传感器就类似于人的眼睛耳朵或者鼻子，可以识别不同类型的信号。而信号的处理又需要具有人大脑的本领，可以选用诸如单片机、PLC等控制芯片，通过预先编制的程序，完成信号的处理并驱动设备的工作。本文是智能家居中的一个项目——光控自动窗帘的设计。整个系统的传感器部分采用了光敏电阻，处理器采用了常用的8位单片机芯片AT89S52。

1 光敏电阻原理分析

光敏电阻是根据光电导效应制成的光电探测器件，当光电材料受到光照射后，材料的电导率发生变化，即光敏电阻的阻值会随着光照强弱的变化而变化。光照强，光敏电阻的阻值就小；光照弱，光敏电阻的阻值就大。光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻，光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻。通常将光敏电阻的光敏面作成蛇形，电极作成梳状，内部结构及实物外观如图1和图2所示；这样既可保证有较大的受光表面，也可以减小电极之间距离，从而既可减小极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。

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2 系统整体设计

光控自动窗帘的总体框图主要包括单片机电路、光敏传感器单元及直流电机部分。

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图3 光控自动窗帘总体框图

整体硬件设计包括单片机外围电路、直流电机驱动电路、光敏传感器电路。单片机外围电路主要是电源电路，晶振电路和复位电路；直流电机驱动电路采用H桥驱动电机电路；光敏传感器电路主要由光敏电阻和LM339比较器组成。光敏传感器通过采集光信号经电压比较后输出高低电平信号再输入到单片机，由单片机的P1口控制直流电机的运行进而控制窗帘的升降，从而实现窗帘的光控自动。

2.1 光敏传感器电路

光敏传感器电路主要包括光敏电阻和集成运放LM339所组成的电压比较器电路，单元电路如图4所示。

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图4 光敏传感器电路

在对光敏电阻进行测量实验时发现在晴天的时候，光敏电阻阻值变化的最为明显，中午时分阻值约为1.5K欧姆，到了傍晚夜间时光敏电阻的阻值为1M欧姆，且每个时间段之间光敏电阻阻值也会有明显变化。阴雨天时由于光照强度的变化不是很大，所以导致光敏电阻阻值的变化较晴天相比每个阶段之间不是很明显。

与光敏电阻串联的10K电阻是与光敏电阻进行分压的电阻，并将分压后的电压作为待比较电压输入到LM33比较器的同相输入端与反相输入端的参考电压比较。LM339输出端的电阻为上拉电阻，因其输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接10K的上拉电阻。

2.2 直流电机驱动电路

本设计中电机可采用12V直流电动机作为窗帘伸缩的动作机构，直流电源可由220V交流电经变压整流后得到，电机驱动由三极管组成的H桥电路实现。

组成H桥电路的三极管由8550的PNP管和8050的NPN管构成，对角线上的使用的三极管型号不一致。电机选用12V直流电机。将电机方向输入端MA、MB接入到单片机的P3口线上，当MA=1，MB=0时，电路中的Q2，Q3，Q6，Q7导通，Q1，Q4，Q5，Q8截止，即电流从电源正极经Q2，Q3穿过电机，然后经Q6，Q7回到电源负极，此时电机正转，窗帘打开；当MA=0，MB=1时，电路中的Q1，Q4，Q5，Q8饱和，Q2，Q3，Q6，Q7截止，即电流从电源正极经过Q5，Q8通过电机，再经由Q1，Q4回到电源负极，电机反转，窗帘关闭。

2.3 单片机主控电路

单片机主控电路以单片机最小系统为基础，利用P3.2口接收比较器送出的信号，通过程序处理，将控制信号通过P1.0和P1.1口送给H桥的MA和MB，以驱动电动机进行正反转。总体电路如图5所示。

■图5 自动窗帘总体电路图

3 总结

本设计采用了较为实用可靠的光敏电阻作为传感器，通过运算放大器LM339进行电压比较，判断光照强弱。并通过单片机送出控制信号驱动电机进行工作，完成窗帘的自动放下和升起的过程。同时为了方便观察，在电路中接入LED指示灯，通过LED灯反映电机正反转的情况。利用仿真软件Proteus进行仿真及制作实物验证，电路工作正常，达到设计要求。整个电路设计中，所用到的电子元器件均为市场上常见元器件，电路简单实用，在具体开发时，还可以根据客户要求进一步扩展其功能。

参考文献：

[1]吴翠娟，张恒.模拟电子技术[M].北京：清华大学出版社，2013.

[2]汤伟芳.模拟电子技术[M].人民邮电出版社，2010.

[3]黄英.单片机工程应用技术[M].复旦大学出版社，2011.

[4]范林霄.基于单片机的自动窗帘装置的设计[J].工业技术，2013（13）.endprint

摘要： 本设计是智能家居中的一个项目——自动窗帘，其主要是根据室外环境亮度实现窗帘的自动拉合，文章从整体上介绍了基于单片机的光控自动窗帘设计方案，并完成系统的软、硬件设计。

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.

关键词： 光敏电阻；自动窗帘；单片机

Key words： photoresistor；automatic curtain；single-chip

中图分类号：TM54 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）25-0065-02

0 引言

随着社会信息化进程的加快，人们的工作习惯和生活方式发生了巨大的变化。同时信息化社会也在挑战着传统的住宅，改变着人们的心态。人们对家居的要求早已不是简单的物理空间，而是一个更加舒适、安全、方便和环保的休闲娱乐的居家环境。家居智能化技术是以家为设计平台，让人们生活的更加方便是其不变的目标。现代智能化的关键是信息的智能识别和处理。各种各样的传感器就类似于人的眼睛耳朵或者鼻子，可以识别不同类型的信号。而信号的处理又需要具有人大脑的本领，可以选用诸如单片机、PLC等控制芯片，通过预先编制的程序，完成信号的处理并驱动设备的工作。本文是智能家居中的一个项目——光控自动窗帘的设计。整个系统的传感器部分采用了光敏电阻，处理器采用了常用的8位单片机芯片AT89S52。

1 光敏电阻原理分析

光敏电阻是根据光电导效应制成的光电探测器件，当光电材料受到光照射后，材料的电导率发生变化，即光敏电阻的阻值会随着光照强弱的变化而变化。光照强，光敏电阻的阻值就小；光照弱，光敏电阻的阻值就大。光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻，光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻。通常将光敏电阻的光敏面作成蛇形，电极作成梳状，内部结构及实物外观如图1和图2所示；这样既可保证有较大的受光表面，也可以减小电极之间距离，从而既可减小极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。

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2 系统整体设计

光控自动窗帘的总体框图主要包括单片机电路、光敏传感器单元及直流电机部分。

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图3 光控自动窗帘总体框图

整体硬件设计包括单片机外围电路、直流电机驱动电路、光敏传感器电路。单片机外围电路主要是电源电路，晶振电路和复位电路；直流电机驱动电路采用H桥驱动电机电路；光敏传感器电路主要由光敏电阻和LM339比较器组成。光敏传感器通过采集光信号经电压比较后输出高低电平信号再输入到单片机，由单片机的P1口控制直流电机的运行进而控制窗帘的升降，从而实现窗帘的光控自动。

2.1 光敏传感器电路

光敏传感器电路主要包括光敏电阻和集成运放LM339所组成的电压比较器电路，单元电路如图4所示。

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图4 光敏传感器电路

在对光敏电阻进行测量实验时发现在晴天的时候，光敏电阻阻值变化的最为明显，中午时分阻值约为1.5K欧姆，到了傍晚夜间时光敏电阻的阻值为1M欧姆，且每个时间段之间光敏电阻阻值也会有明显变化。阴雨天时由于光照强度的变化不是很大，所以导致光敏电阻阻值的变化较晴天相比每个阶段之间不是很明显。

与光敏电阻串联的10K电阻是与光敏电阻进行分压的电阻，并将分压后的电压作为待比较电压输入到LM33比较器的同相输入端与反相输入端的参考电压比较。LM339输出端的电阻为上拉电阻，因其输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接10K的上拉电阻。

2.2 直流电机驱动电路

本设计中电机可采用12V直流电动机作为窗帘伸缩的动作机构，直流电源可由220V交流电经变压整流后得到，电机驱动由三极管组成的H桥电路实现。

组成H桥电路的三极管由8550的PNP管和8050的NPN管构成，对角线上的使用的三极管型号不一致。电机选用12V直流电机。将电机方向输入端MA、MB接入到单片机的P3口线上，当MA=1，MB=0时，电路中的Q2，Q3，Q6，Q7导通，Q1，Q4，Q5，Q8截止，即电流从电源正极经Q2，Q3穿过电机，然后经Q6，Q7回到电源负极，此时电机正转，窗帘打开；当MA=0，MB=1时，电路中的Q1，Q4，Q5，Q8饱和，Q2，Q3，Q6，Q7截止，即电流从电源正极经过Q5，Q8通过电机，再经由Q1，Q4回到电源负极，电机反转，窗帘关闭。

2.3 单片机主控电路

单片机主控电路以单片机最小系统为基础，利用P3.2口接收比较器送出的信号，通过程序处理，将控制信号通过P1.0和P1.1口送给H桥的MA和MB，以驱动电动机进行正反转。总体电路如图5所示。

■图5 自动窗帘总体电路图

3 总结

本设计采用了较为实用可靠的光敏电阻作为传感器，通过运算放大器LM339进行电压比较，判断光照强弱。并通过单片机送出控制信号驱动电机进行工作，完成窗帘的自动放下和升起的过程。同时为了方便观察，在电路中接入LED指示灯，通过LED灯反映电机正反转的情况。利用仿真软件Proteus进行仿真及制作实物验证，电路工作正常，达到设计要求。整个电路设计中，所用到的电子元器件均为市场上常见元器件，电路简单实用，在具体开发时，还可以根据客户要求进一步扩展其功能。

参考文献：

[1]吴翠娟，张恒.模拟电子技术[M].北京：清华大学出版社，2013.

[2]汤伟芳.模拟电子技术[M].人民邮电出版社，2010.

[3]黄英.单片机工程应用技术[M].复旦大学出版社，2011.

[4]范林霄.基于单片机的自动窗帘装置的设计[J].工业技术，2013（13）.endprint