一種紅外感應(yīng)與來電斷電節(jié)能開關(guān)的設(shè)計(jì)

1.引言

功能型開關(guān)在人們的生產(chǎn)和生活中起著重要作用。在市面上各類自動(dòng)斷電開關(guān)和聲控開關(guān)以及紅外感應(yīng)開關(guān)比較廣泛。

目前關(guān)于來電斷電開關(guān)的研究涉及主要兩個(gè)方面：一是直接利用開關(guān)的串并聯(lián)關(guān)系再加上繼電器的作用實(shí)現(xiàn)停電后來電自動(dòng)斷電功能，該方案成本較低，但是開關(guān)體積較大;二是運(yùn)用數(shù)字電路進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電，開關(guān)性能穩(wěn)定，體積較小，但成本較高。國內(nèi)外對紅外感應(yīng)開關(guān)的研究比較成熟，一般采用BISS0001、CSC9803等芯片來處理接收的紅外感應(yīng)信號，這些芯片功能強(qiáng)大但芯片管腳較多、外圍電路接法比較復(fù)雜。雖然以上兩種開關(guān)在國內(nèi)都已經(jīng)有了一些相關(guān)的發(fā)明專利，但目前尚沒出現(xiàn)將兩種功能結(jié)合的節(jié)能開關(guān)。于是我們設(shè)計(jì)出了一種集上述兩種開關(guān)功能于一身的紅外線來電斷電自動(dòng)節(jié)能開關(guān)，利用兩個(gè)串聯(lián)的繼電器實(shí)現(xiàn)來電斷電功能，并用LM324芯片處理紅外感應(yīng)信號，使得開關(guān)體積較小、成本較低;填補(bǔ)國內(nèi)在這一領(lǐng)域的空白，響應(yīng)節(jié)能號召。這種開關(guān)可以用在學(xué)生寢室、家庭等場所。

2.電路原理圖及設(shè)計(jì)

該開關(guān)功能實(shí)現(xiàn)的框圖如圖1所示。

該開關(guān)的整體設(shè)計(jì)思路是用低電壓(5v)控制高壓(220v)部分，而低電壓是由高電壓經(jīng)變壓處理而得到。該開關(guān)主要由電源部分、紅外感應(yīng)控制部分和繼電器控制部分等部分組成。該開關(guān)的電路原理圖如圖2所示。

(1)電源部分的設(shè)計(jì)

在圖2中220V交流電經(jīng)變壓線圈輸出12V交流電壓經(jīng)IN4001組成的橋式整流電路整流，之后經(jīng)過1000uf電容濾波，再經(jīng)7805穩(wěn)壓最終在電容C2兩端得到5V的穩(wěn)定電壓。

而這個(gè)5V的穩(wěn)定電壓可以為紅外感應(yīng)信號控制部分提供工作電壓。

(2)紅外感應(yīng)頭部分

圖2中LHI907為熱釋電(焦電)人體紅外感應(yīng)頭。人體發(fā)射的10um左右的紅外線到達(dá)熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，.該傳感器本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉。紅外線熱釋電傳感器對人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感，而對于橫切方向移動(dòng)則最為敏感，其只可以檢測移動(dòng)的人體。

(3)紅外感應(yīng)信號的處理

LHI907的S端信號輸入集成運(yùn)算放大器LM324中的3號管腳，其內(nèi)部的前兩個(gè)運(yùn)算放大器的負(fù)反饋放大作用把信號放大約100倍，再經(jīng)10號管腳輸入另一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓比較。當(dāng)沒有人時(shí)8腳輸出高電平，當(dāng)有人時(shí)8腳輸出低電平，之后接入13管腳經(jīng)運(yùn)算放大器進(jìn)行RC延時(shí)。當(dāng)8腳為高電平時(shí)，13腳為高電平，經(jīng)運(yùn)放4的電壓比較在14端輸出低電平，當(dāng)8腳輸出為低電平時(shí)，電容C7經(jīng)過IN4001放電，此時(shí)13腳為低電平，14腳為高電平，之后8腳立刻變回高電平，此時(shí)電源向C7充電，13腳依然為低電平，充電結(jié)束后，13腳變成高電平，14腳變?yōu)榈?strong>電平。此延時(shí)功能試驗(yàn)測得約為30秒，在此期間若有人體活動(dòng)和刷新延時(shí)時(shí)間。這個(gè)延時(shí)設(shè)計(jì)就解決了熱釋電傳感器只能感測人體移動(dòng)的問題，從而延長了輸出信號的時(shí)間，可以根據(jù)不同的場合調(diào)整C7的大小達(dá)到不同的延時(shí)時(shí)間。[!--empirenews.page--]

(4)繼電器控制部分

圖2中K1、K2為常開繼電器，由于電源部分為高壓交流電，控制部分為低壓直流電，圖中三極管采用9014,其作用是通過LM324的14管腳的輸入信號控制繼電器K2工作狀態(tài)，由于14管腳的信號無法直接驅(qū)動(dòng)K2工作所以9014設(shè)計(jì)還是很有必要的。

(5)開關(guān)的外圍電路

圖3中的節(jié)點(diǎn)P1、P2、P3、P4對應(yīng)接圖2中的P1、P2、P3、P4節(jié)點(diǎn)，這樣開關(guān)就可以控制燈泡的熄和滅狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

3.整體電路工作原理

A狀態(tài)：當(dāng)電路連線正確時(shí)且正常工作時(shí)，開關(guān)連接到LHI907的D端，繼電器K1工作，使觸點(diǎn)接通，此時(shí)電源為人體紅外感應(yīng)電路供電，紅外感應(yīng)正常工作，可以通過檢測有無人來控制繼電器K2動(dòng)作。此時(shí)手動(dòng)開關(guān)SW動(dòng)作一次可直接切斷紅外感應(yīng)的電源部分，從而無條件終止繼電器K2工作，再次動(dòng)作一次SW,可切換到紅外監(jiān)測狀態(tài)。

B狀態(tài)：當(dāng)工作狀態(tài)下斷點(diǎn)，繼電器K1停止工作，再次來電，繼電器K1切斷了9014三極管集電極的供電，故繼電器K2不工作，當(dāng)SW動(dòng)作一次，K1工作，實(shí)現(xiàn)繼電器的自保功能，再次動(dòng)作SW,可回到A中的工作狀態(tài)。從而實(shí)現(xiàn)了人離燈滅、停電后來電自動(dòng)斷電的功能，達(dá)到了節(jié)約電能的作用。

4.結(jié)果分析

做出實(shí)際電路并測得開關(guān)在各狀態(tài)下燈泡的工作情況如表1所示：

所以整個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)了“人離燈滅，人來燈亮”和在斷電后自動(dòng)斷開的功能。

5.結(jié)語

本文設(shè)計(jì)出了一種新型開關(guān)--把常見的人體紅外感應(yīng)開關(guān)和來電斷電開關(guān)的功能結(jié)合的開關(guān)。目前國內(nèi)還沒有生產(chǎn)過有這種開關(guān)功能的開關(guān)，它的制作成本也較低，運(yùn)用前景較好;既可以用于學(xué)生宿舍，又可用于家庭、辦公場所等地方，安裝方便。通過大量的實(shí)踐使用證明，只要紅外感應(yīng)頭的安裝位置合適，該開關(guān)就能正?？煽康墓ぷ鳎鸬焦?jié)能與斷電保護(hù)的作用。