智能窗帘：基于Arduino与太阳能的自动光控系统
元器件清单
| SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz | ×1 |
| Arduino UNO（用于给 Pro Mini 烧录） | ×1 |
| LM35DZ 温度传感器 | ×1 |
| PN2907A PNP 三极管 | ×1 |
| 光敏电阻 (LDR) | ×1 |
| 10kΩ 电阻 | ×1 |
| 1kΩ 电阻 | ×1 |
| 5V 1.5W 太阳能板 | ×1 |
| 5V DC-DC 升压模块 | ×1 |
| 锂电池充电模块 (TP4056等) | ×1 |
| JST 连接器套装 | ×1 |
| 3.6V 可充电锂电池 (18650等) | ×1 |
| 18650 电池座 | ×1 |
| 舵机 (如 Tower Pro MG996R 或 Hitec HS-325HB) | ×1 |
| 舵机联轴器 | ×1 |
| 100nF 电容 | ×1 |
| 定制 PCB (OSH Park 等) | ×1 |
| 排线、杜邦线若干 | ×1 |
必备工具
- 电烙铁、焊锡丝
- 电钻、Dremel 旋转工具
- 剥线钳、剪线钳
- 万用表
- 热缩管
- 面包板/实验板
软件工具
Arduino IDE
项目背景与改进
本项目是对早期“太阳能自动水平百叶窗”的改进。原版运行约4个月后暴露出多个缺陷：
- 房屋朝向偏南偏东，冬季光照充足，夏季正午后太阳被屋顶遮挡，导致充电不足 → 解决：优化太阳能板安装位置
- 舵机待机电流高达 13mA，严重消耗电池 → 解决：用 PNP 三极管做高侧开关切断舵机供电
- 6V 太阳能板电压超出充电模块 4.5-5.5V 输入范围，导致充电关闭 → 解决：改用 5V 规格太阳能板
- 无日志记录，故障难排查 → 解决：加入 EEPROM 记录关键数据
- 电池与太阳能板无快速断接接口 → 解决：引入 JST 连接器
- 模拟参考电压未使用 Arduino 稳压 5V，导致 ADC 读数漂移 → 解决：统一使用 Pro Mini VCC 作为基准
设计目标
- 早晨开窗（转至 85°）引入自然光
- 傍晚关窗（转至 0°）保护隐私
- 温度超过 30°C 时反向关窗（165°）隔热
- 无外露线盒，通过“老婆验收测试”
- 电池续航足够长，免维护
- 成本控制在 $50 以内（不含工具与时间）
制作步骤
步骤 1：原型验证
在面包板上搭建完整电路：锂电池经充电模块接太阳能板，电池并联升压模块输出 5V 给 Arduino RAW 引脚；Arduino VCC 作为基准电压分别给 LDR 分压电路、LM35DZ、舵机信号线；舵机电源经 PN2907A 高侧开关控制（基极经 1kΩ 接 D11，发射极接升压 5V，集电极接舵机 VCC）。验证关键指标：无舵机时静态电流 ~1.5mA，接入舵机未加开关时飙升至 ~15mA，加入 PNP 开关后恢复 ~1.5mA。
步骤 2：编程与烧录
使用 Arduino UNO 作为 ISP 给 Pro Mini 烧录：拔下 UNO 芯片，连接 5V、GND、TX→TX0、RX→RXI、RESET→RST。IDE 选择 “Arduino Pro or Pro Mini” 上传。代码包含：光照/温度采集、舵机控制、低功耗睡眠、EEPROM 循环日志（每条 22 字节，共 42 条）。GitHub 提供 EEPROMLog 库 与 主程序。
步骤 3：PCB 组装
将元件焊接在定制 PCB 上，使用实心导线配合 JST 连接器延长太阳能板与电池引线，便于安装与维护。PCB 尺寸裁剪适配百叶窗顶轨内部。去掉升压模块指示灯引脚节省 ~1mA。
步骤 4：安装调试
- 拆除百叶窗原拉绳齿轮（阻力过大）
- 在面向室外一侧钻孔伸出 LDR
- 用 Dremel 开槽嵌入舵机，边缘打磨贴胶带防刮
- 将 PCB 推入顶轨，确保 LDR 对准孔位
- 舵机轴配合联轴器锁紧，上电前手动拨至 90° 对齐
- 将太阳能板固定在窗框上部中间位置，沿框走线用胶带固定
- 接上 JST 连接器，装回装饰条
运行效果
数月运行表现完美：双层楼道灯同时亮时会延迟关窗（适合演示）；盛夏高温时窗框温度先于室内升高，百叶窗提前关闭隔热，室内保持舒适。
代码与原理图
代码托管于 GitHub：SmartBlinds 与 EEPROMLog。
原理图：Fritzing 文件。
制造工艺
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