ESP32 + 光敏电阻实现光照强度检测系统

在物联网（IoT）领域，环境监测系统是一个非常常见的应用。通过使用ESP32和光敏电阻，我们可以构建一个简单的光照强度检测系统。这个系统可以用来监控室内外的光线条件，并根据光线变化触发相应的操作，比如自动调节灯光亮度或发送通知。

系统设计与原理

1. 硬件组成：

   • ESP32：作为主控芯片，负责数据采集、处理和通信。
   • 光敏电阻：用于感知环境光线强度。
   • 分压电路：将光敏电阻的模拟信号转换为电压信号，便于ESP32读取。

2. 工作原理： 光敏电阻的阻值会随着光照强度的变化而改变。通过将其接入分压电路，我们可以将光敏电阻的阻值变化转化为电压变化。ESP32内置的ADC（模数转换器）可以将这些电压信号转换为数字信号，从而实现对光照强度的数字化测量。

硬件连接

1. 光敏电阻与分压电路

光敏电阻需要与固定电阻一起构成分压电路。假设我们选择了一个10kΩ的固定电阻，那么连接方式如下：

• 将光敏电阻的一端连接到3.3V电源。
• 将光敏电阻的另一端连接到固定电阻的一端。
• 固定电阻的另一端接地。
• 在光敏电阻与固定电阻的连接点上引出一根线，连接到ESP32的ADC引脚（例如GPIO34）。

2. ESP32配置

ESP32的GPIO34是支持ADC功能的引脚之一。确保你的开发板支持ADC功能，并正确配置GPIO引脚。

软件实现

1. Arduino IDE配置

为了简化开发过程，我们可以使用Arduino IDE来编写代码。首先确保已经安装了ESP32的开发环境插件。

2. 示例代码

以下是完整的代码示例：

#include <Arduino.h>

const int adcPin = 34; // ADC输入引脚
int adcValue = 0;      // 存储ADC读取值
float voltage = 0.0;   // 计算得到的电压值
float lightIntensity = 0.0; // 光照强度值

void setup() {
  Serial.begin(115200); // 初始化串口通信
}

void loop() {
  // 读取ADC值
  adcValue = analogRead(adcPin);
  
  // 将ADC值转换为电压值（ESP32 ADC分辨率为12位，范围0-4095）
  voltage = (adcValue * 3.3) / 4095.0;
  
  // 根据电压值计算光照强度（假设线性关系）
  lightIntensity = map(voltage, 0.0, 3.3, 0, 100); // 将电压映射为0-100的光照强度
  
  // 打印结果
  Serial.print("ADC Value: ");
  Serial.print(adcValue);
  Serial.print(", Voltage: ");
  Serial.print(voltage, 2);
  Serial.print("V, Light Intensity: ");
  Serial.print(lightIntensity, 2);
  Serial.println("%");
  
  delay(1000); // 每秒更新一次
}

3. 代码解析

• analogRead(adcPin)：从指定的ADC引脚读取模拟值，范围为0到4095。
• (adcValue * 3.3) / 4095.0：将ADC值转换为实际的电压值。
• map()：将电压值映射为0到100的光照强度百分比。

数据可视化

为了更直观地展示光照强度的变化，可以通过以下方法进行扩展：

1. 串口绘图工具：使用Arduino IDE自带的串口绘图工具，实时显示光照强度曲线。
2. Wi-Fi传输数据：利用ESP32的Wi-Fi功能，将数据上传至云端平台（如Thingspeak或Node-RED），生成动态图表。
3. LCD显示屏：添加一块OLED屏幕，实时显示当前的光照强度。

流程图

以下是系统的整体逻辑流程图：

flowchart TD
    A[开始] --> B[初始化ESP32]
    B --> C[设置光敏电阻电路]
    C --> D{是否需要采样？}
    D --是--> E[读取ADC值]
    E --> F[计算电压值]
    F --> G[映射为光照强度]
    G --> H[输出结果]
    H --> I[等待下一次采样]
    I --> D
    D --否--> J[结束]

扩展讨论

1. 精度提升：通过校准光敏电阻的特性曲线，可以提高光照强度测量的准确性。
2. 多传感器集成：除了光敏电阻，还可以加入温度、湿度等传感器，构建一个综合环境监测系统。
3. 自动化控制：结合继电器模块，根据光照强度自动开启或关闭灯光。