智慧家庭控制器
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智慧家庭控制器 发布于:2019/04/23
    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變化的电压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。
   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。
   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。
  (指导老师:张大海)作者:郝乌阳 来源:发明与创新·中学生
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