太阳光每天照进屋子。我们感到暖和。冬天太阳位置低。阳光能照进更深的地方。夏天太阳位置高。屋里影子多。我们想挡住夏天的太阳。我们想留住冬天的阳光。这个想法很普通。很多家庭用窗帘。窗帘需要手动调节。我们设计一个自动调节的窗帘。它根据阳光强弱自己动。

我们的设计需要几个部分。一个感受光线的部件。一个控制行动的部件。一个执行动作的部件。我们选择光敏电阻感受光线。光敏电阻很便宜。它对光线变化敏感。光线强电阻小。光线弱电阻大。我们测量电阻变化。就知道外面光线强弱。

控制部件用单片机。单片机是小电脑。它能读光敏电阻的数据。它能判断现在该怎么做。我们给单片机写程序。程序告诉它规则。光线太强关上窗帘。光线合适保持不动。光线太弱打开窗帘。我们设定两个数值。一个叫强光阈值。一个叫弱光阈值。超过强光阈值开始关。低于弱光阈值开始开。

执行部件用步进电机。步进电机可以精确转动。它连接窗帘的拉绳。电机正转窗帘打开。电机反转窗帘关上。单片机控制电机转动。我们做一个简易轨道。窗帘挂在轨道上。电机拉动绳子。绳子带动窗帘移动。

我们开始制作模型。找一个纸盒当房间。纸盒一面开大窗。窗户上挂小块布料当窗帘。光敏电阻放在窗外。用导线连接单片机和光敏电阻。单片机连接电机。电机轴上绕细线。细线连接窗帘布。

我们写单片机程序。程序开头定义引脚。告诉单片机哪个脚接光敏电阻。哪个脚接电机。然后程序循环工作。每次循环读光敏电阻的数值。这个数值是模拟量。单片机把它变成数字。我们得到一个零到一千零二十三的数。数小表示光线强。数大表示光线弱。

程序比较这个数和阈值。我们测试找到合适阈值。中午太阳下数值约为三百。室内阴天数值约为八百。我们设定强光阈值为四百。弱光阈值为七百。当前数值小于四百。单片机让电机反转三秒。窗帘关上一些。当前数值大于七百。单片机让电机正转三秒。窗帘打开一些。数值在四百和七百之间。单片机让电机停止。窗帘保持不动。

我们测试模型效果。把模型放在窗边。早上室内有点暗。光敏电阻数值大。单片机驱动电机正转。窗帘缓缓打开。阳光照进盒子。中午太阳很烈。光线照在光敏电阻上。数值变得很小。单片机驱动电机反转。窗帘慢慢关上。盒子里面影子变多。下午太阳西斜。光线再次变弱。数值又超过阈值。单片机再次打开窗帘。

整个系统自己工作。不需要人操作。它总让室内光线合适。太暗就放进阳光。太亮就遮挡一些。我们记录一周数据。记录不同时间的光线数值。记录窗帘开合状态。我们发现一些问题。有时候云飘过。光线突然变暗。窗帘马上打开。云过去光线又强。窗帘马上关上。这样窗帘动得太频繁。电机容易坏。窗帘布料也容易磨损。

我们改进程序。增加一个延迟判断。光线变化必须持续五秒。单片机才动作。短暂变化忽略不计。这样系统更稳定。不会因为云朵乱动。另一个问题。晚上天全黑。系统会全打开窗帘。晚上不需要阳光。打开窗帘影响隐私。我们增加一个时间判断。晚上八点到早上六点。系统固定关上窗帘。不管光线数值。这需要单片机知道时间。我们给单片机加时钟模块。

时钟模块记录年月日时分秒。程序读取时间信息。在晚上时段覆盖光线判断。强制窗帘关闭。白天时段恢复正常工作。这样更符合实际需要。

我们测试改进后的系统。系统表现良好。反应不迟钝。也不过于敏感。白天追着阳光调整。晚上自动关闭。整个系统耗电很少。单片机功耗低。电机只有动作时用电。我们计算电池供电时间。两节五号电池能用两个月。

这个项目用了常见材料。光敏电阻一元钱。单片机十元钱。电机五元钱。其他材料是废纸盒和布料。总成本不到二十元。任何人都可以制作。程序代码也很短。大约五十行。中学生可以看懂。可以修改。

这个设计有实用价值。家庭可以用。教室可以用。办公室也可以用。它节省人力。不用想着拉窗帘。它节约能源。冬天多进阳光减少暖气使用。夏天遮挡阳光减少空调使用。光线合适保护眼睛。看书看电视更舒服。

我们思考更多可能性。可以加温度传感器。同时根据温度和光线控制窗帘。可以加雨水传感器。下雨自动关窗。可以连接手机。用手机远程控制。可以加声音控制。用语音命令开关窗帘。这些是未来的改进方向。

这个项目锻炼我们的能力。我们学习光敏电阻原理。学习单片机编程。学习电机控制。学习动手制作模型。我们遇到问题。我们解决问题。我们记录数据。我们分析数据。我们改进设计。

科技作品不一定复杂。简单设计解决日常问题。用基础元件做出有用东西。这个窗帘系统就是例子。它原理简单。它制作容易。它效果明显。它启发我们观察生活。生活中很多小事可以改进。用科技让生活更便利。这就是科技的意义。

我们写这篇论文分享过程。分享设计思路。分享制作步骤。分享测试结果。希望其他同学也能动手。做自己的科技作品。从身边需求出发。用所学知识创造。这是有趣的过程。这是学习的过程。这是创造的过程。