智能日出闹钟：用柔和光线唤醒你的清晨

元件清单

⚠ 高压安全警告

本项目涉及 市电高压（220V/110V），操作不当可导致严重伤害或死亡。请务必：

• 具备模拟电路与高压安全知识
• 调试时使用隔离变压器
• 成品外壳必须绝缘、防触电
• 非专业人员请勿尝试

原理概述

高压侧：相位切割调光

TRIAC 相当于高速开关，通过控制其在每个半周期的导通角度来改变灯泡两端有效电压，实现无级调光。关键在于过零检测：

• 4N35 (U1)：检测市电正弦波过零，输出高电平中断单片机
• MOC3063 (U2)：隔离驱动 TRIAC，必须选用非过零型，否则无法任意相位触发

低压侧：控制逻辑

• Arduino Nano：核心控制器，运行调光算法与闹钟逻辑
• DS3231 RTC：掉电走时，提供精准 6:00 触发
• 5V 降压模块：从灯座引入市电，为单片机与 RTC 供电
• 光敏电阻（A6）：检测环境光，天亮后不再补光

制作步骤

1. 灯泡改造： 砸碎废旧灯泡玻璃，保留铝底座，引出两根线焊接至底座触点
2. 电路板制作： 在万用板上布局 Nano、RTC、降压模块、光耦、TRIAC 等元件，注意高低压布线隔离（爬电距离 ≥ 4mm）
3. 组装入壳： 将电路板固定在灯泡底座内，光敏电阻外露，TRIAC 散热片贴金属外壳
4. 上电测试： 先用低压灯泡验证调光波形，再接实用灯泡

核心代码逻辑

#include <TimerOne.h>
#include <RTClib.h>

#define TRIAC_PIN 2
#define ZERO_CROSS_PIN 3
#define LIGHT_SENSOR_PIN A6
#define FREQUENCY_STEP 75      // 50Hz 下每亮度级步进 75µs（60Hz 改 65）
#define CHANGE_DIM_LEVEL_EVERY 1 // 每秒变化一级
#define MAX_DIM_LEVEL 128      // 全灭
#define MIN_DIM_LEVEL 0        // 全亮
#define DARK_THRESHOLD 300     // 光敏电阻阈值

volatile byte triacCounter = 0;
volatile boolean zeroCrossed = false;
byte dimLevel = MIN_DIM_LEVEL;
boolean lightOn = false;
RTC_DS3231 rtc;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(TRIAC_PIN, OUTPUT); digitalWrite(TRIAC_PIN, LOW);
  pinMode(ZERO_CROSS_PIN, INPUT);
  pinMode(LIGHT_SENSOR_PIN, INPUT);

  if (!rtc.begin()) { while(1); }
  if (rtc.lostPower()) rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));

  noInterrupts();
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(ZERO_CROSS_PIN), zeroCrossDetected, RISING);
  interrupts();
  Timer1.initialize(FREQUENCY_STEP);
  Timer1.attachInterrupt(triacTimerInterrupt, FREQUENCY_STEP);
}

void loop() {
  delay(CHANGE_DIM_LEVEL_EVERY * 1000);
  checkAlarmClock();
  adjustDimLevel();
  debugPrint();
}

void zeroCrossDetected() {
  zeroCrossed = true;
  triacCounter = 0;
  digitalWrite(TRIAC_PIN, LOW);
}

void triacTimerInterrupt() {
  if (dimLevel >= MAX_DIM_LEVEL) digitalWrite(TRIAC_PIN, LOW);
  else if (dimLevel <= MIN_DIM_LEVEL) digitalWrite(TRIAC_PIN, HIGH);
  else if (zeroCrossed) {
    if (triacCounter >= dimLevel) { digitalWrite(TRIAC_PIN, HIGH); zeroCrossed = false; }
    else triacCounter++;
  }
}

void adjustDimLevel() {
  if (lightOn && dimLevel > MIN_DIM_LEVEL) dimLevel--;
  else if (!lightOn && dimLevel < MAX_DIM_LEVEL) dimLevel++;
}

void checkAlarmClock() {
  if (!lightOn && isRoomDark()) {
    DateTime now = rtc.now();
    if (now.hour() == 6 && now.minute() == 0) lightOn = true;
  }
}

boolean isRoomDark() { return analogRead(LIGHT_SENSOR_PIN) < DARK_THRESHOLD; }

void debugPrint() {
  Serial.print("lightOn="); Serial.println(lightOn);
  Serial.print("dimLevel="); Serial.println(dimLevel);
  DateTime now = rtc.now();
  Serial.print(now.year()); Serial.print('/'); Serial.print(now.month()); Serial.print('/'); Serial.print(now.day());
  Serial.print(' '); Serial.print(now.hour()); Serial.print(':'); Serial.print(now.minute()); Serial.print(':'); Serial.println(now.second());
  Serial.print("lightLevel="); Serial.println(analogRead(LIGHT_SENSOR_PIN));
}

工作流程

1. 通电自检：灯泡全亮 → 缓慢变暗至熄灭，确认电路正常
2. 夜间待机：RTC 计时，光敏电阻监测环境光
3. 早晨 6:00：若房间仍暗，启动“日出模式”——约 30 分钟内从 0 亮度渐变至全亮
4. 白天/人工开灯：光敏电阻检测到环境光强，停止补光
5. 关灯开关断电：装置断电，RTC 靠纽扣电池走时

后续计划

• 接入手机 App（蓝牙/Wi-Fi）自定义唤醒时间、亮度曲线
• 添加温湿度传感器，结合舒适度调节
• 设计 PCB 与防火外壳，提升产品化程度

原理图

包含高压驱动板与低压控制板两张原理图，详见附件图片。