光敏电阻

本节课我们来学习如何通过光敏电阻控制 LED。

实验原理

光敏电阻（photoresistor/light-dependent resistor，缩写为 LDR）是一种基于内光电效应的模拟传感器，一般用于光的测量、控制以及光电转换。常见应用有：

1. 光控开关；
2. 环境检测系统中的日光追踪。

它包含两个电极引线，一片陶瓷基体，用硫化镉或者是硒化镉等材料制成，核心部分是光电导体。光敏电阻的工作原理基于光电效应，利用光照下半导体材料的电导率发生改变的特性。有光照时产生载流子参与导电，在外加电场的作用下做漂移运动，电子向正极，空穴向负极，电阻值减小；光照消失后，电子空穴对复合，阻值也恢复原值，就像是一个自动的滑动变阻器，能随着光照强度的不同改变阻值。

简单来说，光照越强，光敏电阻的阻值越小；光照越弱，阻值越大。

光敏电阻的电路非常简单，分为以下两种方法：

1. 光敏电阻与一个电阻串联，电阻接 +5V，光敏电阻接 GND。光照越强，光敏电阻的阻值越小，分配到的电压越小，ADC 读取到的值就越小;
2. 光敏电阻与一个电阻串联，电阻接 GND，光敏电阻接 +5V。光照越强，光敏电阻的阻值越小，分配到的电压越小，ADC 读取到的是固定电阻的电压，因此，ADC 读取到的值越大。

硬件电路设计

物料清单（BOM 表）：

材料名称	数量
光敏电阻	1
LED	2
10KΩ 电阻	1
1kΩ 电阻	2
杜邦线(跳线)	若干

将材料按照下图相连:

软件程序设计

1. 在串口监视器中显示

我们可以先把读取到的光敏电阻的值打印在串口监视器中，代码如下：

#define LDR 27


// 初始化光敏电阻输入信号
int ldr_value;

 
void setup() {
    // 设置串口通信波特率 9600
    Serial.begin(9600);
    pinMode(LDR, INPUT);
}
 
void loop() {
    // 读取光敏电阻模拟输入值
    ldr_value = analogRead(LDR);
    // 打印模拟值在串口屏上
    Serial.println(ldr_value);
    delay(100);
}

2. 根据光亮控制 LED

我们可以使用光敏电阻来控制 LED 的亮灭，这里需要准备 2 个 LED，其中一个 LED 负责接受 ADC 值，输出 PWM，光照越高，亮度越小；另一个 LED 则模拟日常生活中常见的楼梯间的光控灯，当光照强度过低时点亮，强度过高时熄灭。代码如下：

#define LDR 27
#define PWM 4
#define LED 2
#define FREQ        2000    // 频率
#define CHANNEL     0       // 通道
#define RESOLUTION  12       // 分辨率


// 初始化光敏电阻输入信号
int ldr_value;

void setup() {
  // 设置串口通信波特率 9600
  Serial.begin(9600);
  // 设置引脚模式
  pinMode(LDR, INPUT);
  pinMode(PWM, OUTPUT);
  pinMode(LED, OUTPUT);

  // PWM初始化
  ledcSetup(CHANNEL, FREQ, RESOLUTION); // 设置通道
  ledcAttachPin(PWM, CHANNEL);          // 将通道与对应的引脚连接
}
void loop() {
  // 读取光敏电阻模拟输入值
  ldr_value = analogRead(LDR);
  // 打印模拟值在串口屏上
  Serial.println(ldr_value);
  // 将光敏电阻的模拟输入值转换成 LED 的 PWM
  ledcWrite(CHANNEL, ldr_value);

  // 控制 LED 的亮灭
  if (ldr_value > 3000) {
    digitalWrite(LED, HIGH);
  }else {
    digitalWrite(LED, LOW);
  }

  delay(100);
}

注意

如果你在搭建搭建光敏电阻电路的时候，使用的是第二种方法（固定电阻接 GND，光敏电阻接 VCC），那么你使用以上程序获取到的值是完全相反的，实现的效果也是相反的。