基于 Arduino 的自动昼夜 LED 灯带控制器设计

作者：时间：2025-11-14 来源：

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1. 项目概述：让灯自己知道“天黑了”

本项目实现了一个 自动灯光控制系统：
当环境变暗时，Arduino 自动打开 12V LED 灯带；
当环境光线变亮时，又自动关闭灯带。

系统核心特性：

利用 LDR 光敏电阻 感知环境亮度；
通过 电压分压电路 将光强转换为可测电压；
使用 Arduino UNO Mini 读取光强并做逻辑判断；
通过 5V 继电器模块 控制 12V LED 灯带通断；
无需按键、无需人为干预，实现 全自动“天黑亮灯，天亮熄灯”。

这是一个非常适合入门的 Arduino 项目，可以一次性学到：

模拟传感器读取（analogRead）
电阻分压原理
继电器驱动高压/大功率负载
简单的控制逻辑与阈值判断

2. 硬件清单与功能说明

2.1 主要元件

Arduino UNO Mini × 1

基于 ATmega328P 微控制器；
5V 逻辑电平，板载 USB 接口；
负责采集 LDR 信号、执行控制算法、驱动继电器。

LDR 光敏电阻（约 5 MΩ）× 1

亮：电阻值降低；暗：电阻值升高；
通过与 10k 电阻组成分压，将光照强度转换为电压。

10kΩ 电阻 × 1

与 LDR 组成 电压分压器；
10k 是典型室内光照下比较常用的分压值，能得到合适的 ADC 读数范围。

5V 继电器模块 × 1（如：DFRobot Gravity 5A Relay）

线圈侧使用 Arduino 的 5V 逻辑控制；
触点侧串联在 12V LED 灯带的供电回路中；
提供 电气隔离，保护 Arduino 不直接接触 12V 负载电路。

12V LED 灯带 × 1

项目中的光源负载；
通常需要单独的 12V DC 电源适配器 供电。

12V 电源适配器 × 1

专门为 LED 灯带提供电源；
通过继电器控制灯带的“断/通”；
注意电流能力应匹配灯带功耗。

面包板与若干杜邦线

用于快速搭建原型电路；
连接 Arduino ↔ LDR 分压 ↔ 继电器模块 ↔ 12V 灯带。

热熔胶枪（可选）

用于固定 LDR 位置或整理线材，提升结构可靠性。

3. 工作原理与电路设计

3.1 LDR 光敏电阻与电压分压

LDR 的电阻值会随光强变化：

亮光 → 电阻变小（几千欧甚至更低）
黑暗 → 电阻变大（可达兆欧级）

直接测电阻不方便，因此使用经典的 电压分压电路：

LDR 一端接 5V
LDR 另一端接模拟输入 A0
在 A0 与 GND 之间串接 10k 电阻

形成如下结构：

5V ── LDR ── A0 ── 10k ── GND

A0 点的电压随光照变化而变化，Arduino 通过 analogRead(A0) 读到 0–1023 之间的数值，即可反映当前亮度。

3.2 继电器控制 12V LED 灯带

为了安全与隔离，LED 灯带不直接由 Arduino 供电，而是：

灯带的 正极(+) 直接接 12V 电源正极；
灯带的 负极(-) 经继电器常开触点 (NO, COM) 串联后接到 12V 电源负极。

典型接法：

12V 电源 + ───── LED Strip +  
12V 电源 - ── Relay NO  
Relay COM ───── LED Strip -

当继电器吸合时 NO 与 COM 接通，LED 灯带形成完整回路 → 点亮；
当继电器断开时，回路被切断 → 熄灭。

继电器控制脚连接：

Relay VCC → Arduino 5V
Relay GND → Arduino GND
Relay IN → Arduino 数字引脚 D2

4. 硬件连接步骤（汇总）

LDR 分压接线

LDR 一脚 → 5V
LDR 另一脚 → A0
10k 电阻一端接 A0，另一端接 GND

继电器模块接线

VCC → 5V
GND → GND
IN → D2（即 RELAY_PIN）

LED 灯带与 12V 电源

灯带 “+” → 12V 适配器 “+”
灯带 “–” → 继电器 COM 接线端
继电器 NO → 12V 适配器 “–”

⚠️ 安全提示：
虽然这里使用的是 12V 低压直流，但依然要注意极性与接线牢固，避免短路。若将来扩展到市电负载（220V AC），必须使用符合安全规范的继电器与布线方式，并做好绝缘防护。

5. 软件实现：自动昼夜判断逻辑

你原文里附带的代码是一个 “按键控制继电器” 示例（BUTTON_PIN + INPUT_PULLUP），非常适合练习继电器控制和防抖。但要实现真正的 “自动白天关灯、夜晚开灯”，我们需要改成读取 LDR 的模拟值，并根据阈值控制继电器。

下面给出一个 基于 LDR 的自动控制完整示例，逻辑为：

读取 A0 模拟值 lightValue；
设置“变暗阈值”和“变亮阈值”，形成简单迟滞，避免光线波动时灯频繁闪烁；
根据当前状态和光照水平，决定是否吸合/释放继电器。

5.1 自动昼夜控制示例代码（推荐）

// Automatic Day-Night LED Strip Controller Using Arduino
// 硬件：Arduino UNO Mini + LDR + 10k 电阻 + 5V 继电器 + 12V LED 灯带
// 功能：环境变暗 → 自动打开 LED 灯带；环境变亮 → 自动关闭 LED 灯带

const int LDR_PIN   = A0;  // LDR 分压中间点接 A0
const int RELAY_PIN = 2;   // 继电器控制引脚

// 注意：很多继电器模块是“低电平触发”（active LOW）
// 如果是低电平触发，请设为 true；如果是高电平触发，设为 false
const bool RELAY_ACTIVE_LOW = true;

// 根据实测光线情况调节：值越大代表越暗
// 这里用两个阈值实现简单迟滞：
// - 当 lightValue > THRESHOLD_DARK 时认为“够暗，可以开灯”
// - 当 lightValue < THRESHOLD_LIGHT 时认为“够亮，可以关灯”
const int THRESHOLD_DARK  = 700; // 暗环境阈值（示例值）
const int THRESHOLD_LIGHT = 600; // 亮环境阈值（示例值）

bool lightOn = false; // 当前灯状态

void setRelay(bool on) {
  if (RELAY_ACTIVE_LOW) {
    digitalWrite(RELAY_PIN, on ? LOW : HIGH);
  } else {
    digitalWrite(RELAY_PIN, on ? HIGH : LOW);
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LDR_PIN, INPUT);
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);

  // 启动时默认关闭灯带
  lightOn = false;
  setRelay(lightOn);

  Serial.println("Automatic Day-Night LED Strip Controller");
  Serial.println("Cover the LDR to turn the LED strip ON.");
}

void loop() {
  int lightValue = analogRead(LDR_PIN); // 读取 0~1023

  // 简单迟滞控制
  if (!lightOn && lightValue > THRESHOLD_DARK) {
    // 环境足够暗且当前灯是关的 → 开灯
    lightOn = true;
    setRelay(lightOn);
    Serial.print("LightValue: ");
    Serial.print(lightValue);
    Serial.println(" -> DARK, LED Strip ON");
  } else if (lightOn && lightValue < THRESHOLD_LIGHT) {
    // 环境足够亮且当前灯是开的 → 关灯
    lightOn = false;
    setRelay(lightOn);
    Serial.print("LightValue: ");
    Serial.print(lightValue);
    Serial.println(" -> BRIGHT, LED Strip OFF");
  }

  // 调试输出
  Serial.print("Current LightValue: ");
  Serial.println(lightValue);

  delay(200); // 简单节流，避免串口刷屏
}

使用建议：
上传代码后，打开串口监视器（9600 波特率），在不同光照下查看 lightValue 大致范围；
根据实际环境，微调 THRESHOLD_DARK 与 THRESHOLD_LIGHT；
确认继电器模块是否为“低电平触发”，如果不是，将 RELAY_ACTIVE_LOW 改成 false。