智能交流灯光控制：Arduino UNO + 继电器 + 超声波传感器自动开关

项目目标

实现「人来灯亮、人走灯灭」的节能照明：超声波传感器 (HC-SR04) 监测门口区域，检测到有人通过（距离小于阈值）即切换灯光状态。使用继电器模块控制市电灯泡（或低压直流设备验证原理），Arduino UNO 为核心控制器。

安全警示

材料清单

硬件接线

超声波模块

HC-SR04          Arduino
VCC ──────── 5V
Trig ──────── D12
Echo ──────── D11
GND ──────── GND

继电器模块 (有源低电平触发)

Relay            Arduino
VCC ──────── 5V
GND ──────── GND
IN1 ──────── D8

判断触发极性：上电后 IN1 悬空，若继电器吸合 → 高电平触发；若不吸合，再用杜邦线将 IN1 接 GND，若吸合 → 低电平触发。本项目模块为低电平触发，代码中 HIGH=断开(灯灭)、LOW=吸合(灯亮)。

市电灯泡接线 (极其重要)

1. 灯座一根线直接接插头零线 (N)
2. 另一根线（火线 L）剪断，分别接继电器 COM (公共端) 与 NO (常开端)
3. 插头地线 (PE) 若灯具金属外壳必须接地
4. 所有裸露导体必须用绝缘胶带/热缩管包裹，继电器模块建议装入绝缘盒

软件设计要点

中值滤波去噪

HC-SR04 偶发异常值 (0 或尖峰)。使用 NewPing 库 ping_median(7) 取 7 次测量中位数，再 convert_cm() 转距离。读数为 0 视为无障碍物，置为 MAX_DISTANCE。

状态切换逻辑

• 检测距离 < critical_distance (默认 50cm，约门宽一半) → 进入「有人区」
• 等待距离恢复 > 阈值（人离开） → 翻转灯光状态
• 避免人在门口停留导致频繁切换

完整代码

#define TRIGGER_PIN  12
#define ECHO_PIN     11
#define MAX_DISTANCE 200
#define RELAY_PIN     8

#include "NewPing.h"
NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE);

unsigned int critical_distance_cms = 50;
bool lampState = false; // false=灭, true=亮

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH); // 低电平触发：HIGH=断开
}

void loop() {
  delay(50); // 20Hz 采样
  unsigned int dist = readDistance();
  Serial.print("Ultrasonic: "); Serial.print(dist); Serial.println("cm");

  if (dist < critical_distance_cms) {
    while (readDistance() < critical_distance_cms) delay(5); // 等人走开
    lampState = !lampState;
    digitalWrite(RELAY_PIN, lampState ? LOW : HIGH);
    Serial.println(lampState ? "Door Open! Light ON" : "Door Closed! Light OFF");
  }
}

unsigned int readDistance() {
  unsigned int d = sonar.convert_cm(sonar.ping_median(7));
  return (d == 0) ? MAX_DISTANCE : d;
}

测试步骤

1. 先不接市电，用 LED+电阻串联在继电器输出端验证逻辑
2. 打开串口监视器观察距离读数与状态翻转
3. 调整 critical_distance_cms 适配门宽
4. 确认无误后，断电接市电，再次上电实测

进阶改进

• 增加光敏电阻：白天光照足不开灯
• 用 PIR 人体红外替代/融合超声波，减少误触发
• 接入 MQTT/Home Assistant 实现智能家居联动
• 做成 PCB 扩展板，集成端子排、保险丝、压线端子，更安全美观

资源链接

• NewPing 库：GitHub
• GRBL/CNC 无关，请忽略原文误放链接
• Visual Studio 编写 Arduino 代码教程：示例工程