你是否想象过这样的场景：家中的空调、加湿器、电动窗帘、热水器等都能根据个人喜好以及周围环境的温度、湿度、光线状态而自动工作。这些在电影里才会出现的智能家电很快就会来到我们身边。

虽然我也十分期待它们的到来，但我更好奇它们的运行原理。为此，我尝试用电子元件搭建了一个智慧家庭控制器。

一、基本原理

控制器用到的主要传感器有光敏电阻、热敏电阻、湿敏电阻、可调电阻、电压比较器、三极管等。

我以光敏电阻为例来说明控制电路原理。光敏电阻的特点是光线变亮时电阻变小，例如光线暗时电阻大约为100k欧姆，光线亮时电阻大约为1k欧姆。因此，可将直流电源串联一个普通电阻加在光敏电阻上，从而在光敏电阻上得到随光线强弱变化的电压Vg，如图1所示。

将Vg送入电压比较器与设定的电压阈值V1、V2比较。光线很强时，Vg＜V1，电压比较器输出动作信号，经过功率驱动电路使窗帘关闭；光线很弱时，Vg＞V2，使窗帘打开；光线合适时，两个电压比较器都不输出动作信号，窗帘停在当前位置不动，这样就实现了室内亮度的自动调节。

图1 电动窗帘控制原理

采用相似原理设计电路，温度过高时热敏电阻控制空调启动，湿度过低时湿敏电阻控制加湿器启动。

二、制作实物

控制器选用直流5V供电，传感器上的电压送入电压比较器LM393，来自可调电阻分压得到的电压阈值也送入LM393。两个电压比较大小后，LM393输出相应控制信号使发光二极管指示家电当前工作状态，同时经过三极管等组成的功率放大电路，通过插座接口输出，控制家电工作。

最后完成的控制器电路板如图2所示，左边是三种传感器，右边是发光二极管指示灯和家电插座接口。电路板从上往下依次是采用光敏电阻的窗帘控制电路、采用热敏电阻的空调控制电路、采用湿敏电阻的加湿器控制电路。

三、创新点

1.利用传感器采集家庭环境信息，控制家电，提高家庭智能化水平。

2.每个家电动作阈值可调，以优化用电方案，节约能源，减少环境污染。

3.控制器中各电路分工明确，模块化设计便于后期维护和功能升级。

图2 智慧家庭控制器

四、思考与完善智慧家庭控制器实现了对电动窗帘、空调、加湿器的自动控制，将来还可以增加更多功能，例如设置空气质量传感器、煤气传感器、烟雾传感器、红外线传感器等，实现家庭安全防护功能。控制器还可以增加触摸屏和语音识别功能，增加与电脑、手机的网络通信功能，用户无论在家中还是外出时都可以通过手机查看房间内的状况，控制家用电器工作。

你是否想象过这样的场景：家中的空调、加湿器、电动窗帘、热水器等都能根据个人喜好以及周围环境的温度、湿度、光线状态而自动工作。这些在电影里才会出现的智能家电很快就会来到我们身边。虽然我也十分期待它们的到来，但我更好奇它们的运行原理。为此，我尝试用电子元件搭建了一个智慧家庭控制器。一、基本原理控制器用到的主要传感器有光敏电阻、热敏电阻、湿敏电阻、可调电阻、电压比较器、三极管等。我以光敏电阻为例来说明控制电路原理。光敏电阻的特点是光线变亮时电阻变小，例如光线暗时电阻大约为100k欧姆，光线亮时电阻大约为1k欧姆。因此，可将直流电源串联一个普通电阻加在光敏电阻上，从而在光敏电阻上得到随光线强弱变化的电压Vg，如图1所示。将Vg送入电压比较器与设定的电压阈值V1、V2比较。光线很强时，Vg＜V1，电压比较器输出动作信号，经过功率驱动电路使窗帘关闭；光线很弱时，Vg＞V2，使窗帘打开；光线合适时，两个电压比较器都不输出动作信号，窗帘停在当前位置不动，这样就实现了室内亮度的自动调节。图1 电动窗帘控制原理采用相似原理设计电路，温度过高时热敏电阻控制空调启动，湿度过低时湿敏电阻控制加湿器启动。二、制作实物控制器选用直流5V供电，传感器上的电压送入电压比较器LM393，来自可调电阻分压得到的电压阈值也送入LM393。两个电压比较大小后，LM393输出相应控制信号使发光二极管指示家电当前工作状态，同时经过三极管等组成的功率放大电路，通过插座接口输出，控制家电工作。最后完成的控制器电路板如图2所示，左边是三种传感器，右边是发光二极管指示灯和家电插座接口。电路板从上往下依次是采用光敏电阻的窗帘控制电路、采用热敏电阻的空调控制电路、采用湿敏电阻的加湿器控制电路。三、创新点1.利用传感器采集家庭环境信息，控制家电，提高家庭智能化水平。2.每个家电动作阈值可调，以优化用电方案，节约能源，减少环境污染。3.控制器中各电路分工明确，模块化设计便于后期维护和功能升级。图2 智慧家庭控制器四、思考与完善智慧家庭控制器实现了对电动窗帘、空调、加湿器的自动控制，将来还可以增加更多功能，例如设置空气质量传感器、煤气传感器、烟雾传感器、红外线传感器等，实现家庭安全防护功能。控制器还可以增加触摸屏和语音识别功能，增加与电脑、手机的网络通信功能，用户无论在家中还是外出时都可以通过手机查看房间内的状况，控制家用电器工作。

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