2025 Make Blocks阶段1 - 光控开关模块设计

任务介绍

2025 Make Blocks阶段1任务为光控开关模块设计，核心需达成“光敏电阻控制数字输出（光线阈值触发）”目标，模块可应用于楼栋感光灯等场景，任务要求以光敏电阻作为输入器件、输出为数字信号，且需通过电位器实现光线触发阈值可调，同时规定主要器件（如光敏电阻、比较器、电位器、三极管、继电器等）需在DigiKey官网有货且正常售卖，PCB设计需使用KiCad工具，最终提交的文件也需为KiCad格式，需严格遵循大赛主页阶段1要求及项目提交内容规范完成设计。

模块介绍

项目为光控开关电路。我们选择光敏电阻为传感器，将光敏电阻串连于H桥电路中，光敏电阻感光电阻值变化，引起电压值变化，利用比较器进行电压比较,从而控制继电器通断来实现电路开关的目的，项目可以在楼栋感光灯等场景中运用。

原理图和PCB模块介绍

图1 原理图

图2 PCB图

R2是光敏电阻，型号NL-19M51，DigiKey链接：

https://www.digikey.cn/zh/products/detail/advanced-photonix/nsl-19m51/5039794

光敏电组的感光特性是光敏电阻根据环境光的强度阻值发生变化，且在有光时比无光时阻值要小很多。NL-19M51无光时电阻为20MΩ,有光时电阻范围是20-100kΩ。

U1为比较器LM393N-NOPB,DigiKey链接：

https://www.digikey.cn/zh/products/detail/texas-instruments/LM393N-NOPB/9526

LM393N-NOP内部包含两个比较器，我们只用到其中一个，2脚是付输入引脚，接光敏电阻，3脚是正输入引脚，引脚1为输出引脚。

当有光照时，光敏电阻电阻值变小，比较器正向端3脚u+电压变小，从而比较器反向端电压U-＞U+,比较器输出脚1脚输出为低电平。

当在比较暗或没有光的环境下，光敏电阻电阻值变大，比较器正向端3脚u+电压变大，从而比较器正向输入端电压U+＞U-,比较器输出脚1脚输出为高电平。

RV1为可变电阻器，可进行阈值调节，型号3386P-104-ND，DigiKey链接：

https://www.digikey.cn/zh/products/detail/bourns-inc/3386p-1-104/86821

我们可以调节RV1的值，用来调节比较器反向输入端电压U-的值，从而可以调节光强在什么程度使比较器输出高电平，以达到开关的目的。

比较器输出驱动弱，我们增加一个三极管增强驱动，三极管的型号为2N3904，

DigiKey链接：

https://www.digikey.cn/zh/products/detail/lumimax-optoelectronic-technology/2n3904/22116349。

当比较器输出高时，三极管导通，使继电器的2脚与地导通，使继电器开通,即1,3脚导通，当比较器的输出为低时，三极管截至，继电器1,3脚断开。

U2是继电器，型号为az943-1ch-12de，他是DigiKey链接：

https://www.digikey.cn/zh/products/detail/american-zettler/az943-1ch-12de/12171590

继电器的通断，可以通断J2，达到开关的目的。az943-1ch-12de的工作电压是12V，可以控制12V以下电路的通断。可以通过更换继电器，适用在不同电压范围的电路。

 主要性能指标

管脚定义

eZ-PLM上新建物料和项目的截图

使用了eZ-PLM系统上传了自己的工程文件，方便保存记录各个版本，也可随时查阅，系统里查阅不到的物料也支持手动添加。

图3 物料添加展示图

图4 项目详情图

心得体会

这次光控开关设计没上板子，却也有实在体会：一开始想用水滴机，算完成本和需求没必要，才定了LM393比较器；选继电器时没细看电压，画原理图才发现是5V的，跟12V供电不匹配，赶紧换了AZ943；KiCad里比较器引脚接反，ERC直接报错，改完特意标了 “光敏接2脚、电位器接3脚”；选电位器时查手册，怕单圈的调阈值不准，最后选了多圈的3386P，就怕后续调不了精细阈值。