智能LED 楼梯照明系统

我刚搬家了，我家的入口/通道光线很差，所以这东西对我们新家来说是个不错的补充。另外，我们打算把它装到父母家，当作夜灯，方便半夜去卫生间。

鉴于上述情况以及至少一个请求，我更新了代码以支持多个 PIR 传感器。这些变化相对较小，我将在下面简要介绍。

通过仔细定位 LED 和 PIR 传感器，该项目可以轻松适应：

1. 婴儿房夜灯 - LED 灯位于婴儿床下方，PIR 灯面向房门。如果您晚上不想开灯（或者您抱着宝宝），这款灯就特别方便。
2. 老年人礼仪灯
3. 夜间回家灯——将LED灯安装在入口大厅，传感器朝向大门。打开前门时，LED灯会自动亮起。
4. 一盏安全灯。通过添加WiFi模块，您可以让它报告灯亮起的时间和/或检测到运动的时间。在计算机上捕获数据并根据需要进行分析。
5. 许多其他场景需要自动照明（或带有 WiFi 模块）远程监控和/或控制。

这个相对简单的项目使用 PIR 运动传感器来检测靠近楼梯的人（和猫）。当它检测到有人靠近时，LED 灯带就会亮起。LED 灯带通过 MOSFET 控制，并具有相当酷炫的“渐亮”和“渐灭”效果。该项目演示了如何使用 Arduino 的一个 5 伏数字引脚控制 1 安培 12 伏的电源。最后，还有一个光照传感器，用于确保仅在光线足够暗时才打开 LED。

Arduino 控制程序（草图）采用一种称为“协作式多任务”的多任务处理方式。这使我能够控制 LED 的亮灭，同时通过 PIR 运动检测器检测运动并报告光照水平。其附加价值在于，在关闭灯光的同时检测新的运动，然后简单地将其再次亮起相对简单，无需过多复杂操作。这种协作式多任务处理技术适用于任何需要同时独立运行的项目。

Arduino 源代码也可以从GitHub帐户获取：

如果您发现我的项目有帮助，请考虑给我 买杯咖啡来支持我。

把这些部件连接在一起相对简单。除了电源连接外，电路主要分为三个部分：

1. PIR 运动探测器（Arduino 上的引脚 2 以及根据需要的其他引脚）
2. LDR 光照水平传感器（Arduino 上的引脚 A0）
3. LED 控制（Arduino 上的引脚 3）

重要提示： LED 灯带由 12V 电源供电。该电源将从 Arduino 的 VIN 引脚获取。务必小心，切勿将12V 电源连接到任何其他 Arduino 引脚。如果您未能将 12V 电源与其他引脚隔离，则驱动电子设备工作的“魔法烟雾”可能会逸出。如果“魔法烟雾”逸出，您的 Arduino 可能无法继续工作，甚至可能损坏通过 USB 连接的计算机。

注意： LED 灯带通常为 12 伏。Arduino 无法直接提供足够的电源（电压或电流）来点亮 LED 灯带。初始测试时，您可以移除 12 伏灯带和 MOSFET，只需在引脚 3 和地之间连接一个带有 470 欧姆电阻的 LED 即可。

按照上方接线图或以下说明连接您的组件。电线颜色与上方接线图相对应。

电源连接：

1. 12V 电源 (VIN) 连接至面包板上的一条电源轨（红线）
2. 5V 电源 (5V) 连接至面包板上的另一个电源轨（橙色线）
3. 将接地 (GND) 连接到面包板上的一条接地轨（黑线）
4. 将面包板上的两个接地轨连接在一起（黑线）

光照度传感器：

1. 插入您的 LDR 和 10K 电阻器（棕色、黑色、黑色、红色），以便 LDR 的一根引线连接到电阻器的一根引线。
2. 将 LDR 和电阻的连接点连接到 arduino 上的 A0（灰线）
3. 将 LDR 的另一端连接到接地轨
4. 将 10K 电阻的另一端连接到 5V 导轨（橙色线）

安装 LDR 时，请确保其朝向楼梯间。如果朝向不同，它可能会检测到来自其他位置、未进入楼梯间的环境光。在这种情况下，由于传感器附近环境光较强，即使楼梯间较暗，LED 灯也可能无法按预期亮起。

PIR运动探测器：

1. 将 PIR 上的电源引脚连接到面包板上的 5V 导轨（橙色线）
2. 将 PIR 上的接地引脚连接到面包板上的 GND 导轨（黑线）
3. 将 PIR 上的信号引脚连接到 Arduino 上的引脚 2 (D2)（黄线）

确保 PIR 能够“看到”楼梯间区域，以便只有进入或朝向楼梯间的运动才会激活 LED。 正如开篇评论中提到的，我已更新代码，允许连接几乎任意数量的 PIR 运动探测器。只需将附加 PIR 模块上的信号（或输出）端口连接到 Arduino 上未使用的 DIO 引脚即可。

注意：您需要修改代码（下一步）来告诉程序您已将附加 PIR 模块连接到何处。

MOSFET和LED灯带

注意：这是 12 V 与 5 V 电压唯一交汇的环节。实际上，12 V 和 5 V 电压从未真正交汇，因为在 MOSFET 内部，5 V 信号（连接到 MOSFET 栅极）与电路的其余部分（即连接到 MOSFET 源极和漏极的 12 V 部分）是隔离的。这篇维基百科文章解释了 MOSFET 的基本工作原理，并展示了栅极与其他元件之间的绝缘层。

1. 将 MOSFET 插入面包板。
2. 将栅极引脚连接到 470 欧姆电阻。查看 MOSFET 的数据表，确定哪个引脚是栅极。 假设您使用的 MOSFET 与我相同，那么当您手持 MOSFET，使散热器朝上，且外壳上的字迹朝向您时，栅极引脚很可能是左侧的引脚。
3. 将电阻的另一端连接到 Arduino 上的引脚 3（绿线）
4. 将 MOSFET 的漏极（很可能是中间的引脚和散热器）连接到 LED 灯带的阴极（蓝线）
5. 将 MOSFET 的源极（如上所述握住 MOSFET 时的右侧引脚）连接到 GND（黑线）
6. 将 LED 灯带的阳极连接到 12V 导轨（红线）

检查您的连接

连接好所有部件后，稍事休息，然后仔细检查连接情况。记住，如果任何 12 伏（VIN 红线）与电路其他部分的连接出现错误，都可能会释放出“魔法烟雾”，这对你的 Arduino 来说非常不利。

以下是完整程序。只需将其复制粘贴到 Arduino IDE 的新项目中即可。无需任何特殊库，因此无需下载任何其他内容。

注意：如果您使用多个 PIR，则需要修改以下代码中 pirPins 数组的定义（大约第 37 行）。请使用注释掉的代码示例来演示如何定义 2 个或 3 个 PIR 模块。如果您愿意，可以添加更多示例所示的 PIR 模块，只需确保更新 pirPins 数组定义即可。

如果您按照本说明的大部分内容所述将单个 PIR 连接到数字 IO 引脚 2，那么您可以按原样使用代码。

一旦您对 Arduino 进行了编程并连接好了所有东西，就该进行一些测试了。

如果将 Arduino 连接到您的计算机并且您在 Arduino IDE 中的串行监视器上监视调试消息，则测试最简单。

如果您像我一样对连接 12 伏电源感到紧张，可以直接将 12 伏电源和 MOSFET 放在电路之外。只需在 PIN 3 和地之间连接一个 LED 和 470 欧姆电阻即可。

运行后，尝试在 PIR 前挥动手。您应该会看到：

1. 串行监视器中显示一条消息，表明已检测到移动。
2. Arduino 的内置 LED 应该亮起。
3. 如果光读数低于阈值，您的 LED 灯带（或测试 LED）应该“淡亮”。

等待一会儿，不要移动。几秒钟后，你应该会看到：

1. 串行监视器中显示一条消息，表明移动已停止。
2. Arduino 的内置 LED 应该关闭。
3. LED 灯带（或测试 LED）应该“熄灭”。

故障排除

尝试通过取消注释程序顶部附近的行“#define DEBUG”来打开 DEBUG 模式。

如果您看到消息并且内置 LED 亮起/熄灭，但 LED 灯带（或测试 LED）未亮，则：

1. 仔细检查所有连接。
2. 检查测试 LED/LED 灯带的方向。阳极（通常是红线）连接到正极电源。阴极（通常是黑线）连接到 MOSFET 的漏极。
3. 确保报告的环境光水平低于 Arduino 程序常量中设置的阈值：LIGHT_ON_THRESHOLD。

提示：您可以用手指或卡片遮盖光敏电阻，人为地降低环境光亮度。如果您启用调试功能，“亮灯阈值”将自动调整为更高的值。

如果似乎没有发生任何事情（没有检测到运动/停止消息）：

1. 仔细检查所有连接。
2. 确保 PIR 正确连接（信号转到 Arduino 上的 PIN 2）。
3. 尝试调整灵敏度。我的PIR上有两个螺丝可变电阻，分别标有Sx和Tx。Sx是灵敏度。尝试将其调到任意极端。我的灵敏度调到中间值时效果最佳。

您会看到检测到运动的消息，但永远不会看到运动停止的消息：

1. 仔细检查所有连接。
2. 等待运动检测停止时，请确保您（以及附近的任何人——包括您的猫，如果您养了猫的话）保持静止（尝试遮住 PIR）。即使在很远的距离内，PIR 对最轻微的运动也非常敏感。
3. 检查 PIR 上的 Tx 设置。Tx 是 PIR 报告运动停止之前的延迟时间。在我的设备上，最佳设置是完全逆时针旋转（延迟最小）。

如果您使用了单个测试 LED（即没有 MOSFET 且电压不是 12 伏），那么一旦您确信它工作正常：

1. 仔细检查所有连接
2. 移除测试 LED 和 470 欧姆电阻器。
3. 按照上面的接线说明连接 MOSFET 和 LED 灯带。
4. 仔细检查所有连接。
5. 插入 12 伏电源。
6. 欣赏你的杰作。

安装将取决于您的楼梯的设计。

我家只有一条木扶手。我直接把LED灯带粘在楼梯扶手下面。我的LED灯带背面有胶，但不足以把LED灯带固定在木扶手上（即使我事先彻底清洁了扶手）。最后，我干脆用1毫米厚的双面胶粘在扶手上，再把LED灯带粘在双面胶上。

我在Arduino原型开发板上制作了第二个电路副本。它和第二个Arduino一起安装在靠近楼梯顶部入口的地方。目前，Arduino和传感器只是放在地板上靠墙的位置。用双面胶将PIR传感器固定在门框上。PIR传感器朝下朝向楼梯间，可以检测楼梯顶部和底部的运动。PIR传感器通过一些跳线连接到Arduino原型开发板。图片展示了我完成的装置，其中有两组连接PIR传感器和LED灯带的线缆。