[導讀] 我們設計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節(jié)能開關(guān)，利用兩個串聯(lián)的繼電器實現(xiàn)來電斷電功能，并用LM324芯片處理紅外感應信號，使得開關(guān)體積較小、成本較低;填補國內(nèi)在這一領(lǐng)域的空白，響應節(jié)能號召。這種開關(guān)可以用在學生寢室、家庭等場所。
關(guān)鍵詞：斷電保護節(jié)能開關(guān)紅外感應
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。在市面上各類自動斷電開關(guān)和聲控開關(guān)以及紅外感應開關(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現(xiàn)停電后來電自動斷電功能，該方案成本較低，但是開關(guān)體積較大;二是運用數(shù)字電路進行編程實現(xiàn)自動斷電，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信號，這些芯片功能強大但芯片管腳較多、外圍電路接法比較復雜。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)。于是我們設計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節(jié)能開關(guān)，利用兩個串聯(lián)的繼電器實現(xiàn)來電斷電功能，并用LM324芯片處理紅外感應信號，使得開關(guān)體積較小、成本較低;填補國內(nèi)在這一領(lǐng)域的空白，響應節(jié)能號召。這種開關(guān)可以用在學生寢室、家庭等場所。
2.電路原理圖及設計
該開關(guān)功能實現(xiàn)的框圖如圖1所示。
圖1 開關(guān)功能實現(xiàn)框圖
該開關(guān)的整體設計思路是用低電壓(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。
圖2 開關(guān)原理圖
(1)電源部分的設計
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5V的穩(wěn)定電壓可以為紅外感應信號控制部分提供工作電壓。
(2)紅外感應頭部分
圖2中LHI907為熱釋電(焦電)人體紅外感應頭。人體發(fā)射的10um左右的紅外線到達熱釋電元件，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動方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動反應最不敏感，而對于橫切方向移動則最為敏感，其只可以檢測移動的人體。
(3)紅外感應信號的處理
LHI907的S端信號輸入集成運算放大器LM324中的3號管腳，其內(nèi)部的前兩個運算放大器的負反饋放大作用把信號放大約100倍，再經(jīng)10號管腳輸入另一個運算放大器進行電壓比較。當沒有人時8腳輸出高電平，當有人時8腳輸出低電平，之后接入13管腳經(jīng)運算放大器進行RC延時。當8腳為高電平時，13 腳為高電平，經(jīng)運放4的電壓比較在14端輸出低電平，當8腳輸出為低電平時，電容C7經(jīng)過IN4001放電，此時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)榈碗娖健４搜訒r功能試驗測得約為30秒，在此期間若有人體活動和刷新延時時間。這個延時設計就解決了熱釋電傳感器只能感測人體移動的問題，從而延長了輸出信號的時間，可以根據(jù)不同的場合調(diào)整C7的大小達到不同的延時時間。
(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K2工作所以9014設計還是很有必要的。
(5)開關(guān)的外圍電路
圖3中的節(jié)點P1、P2、P3、P4對應接圖2中的P1、P2、P3、P4節(jié)點，這樣開關(guān)就可以控制燈泡的熄和滅狀態(tài)，從而達到節(jié)能的目的。
圖3 開關(guān)外圍電路
3.整體電路工作原理
A狀態(tài)：當電路連線正確時且正常工作時，開關(guān)連接到LHI907的D端，繼電器K1工作，使觸點接通，此時電源為人體紅外感應電路供電，紅外感應正常工作，可以通過檢測有無人來控制繼電器K2動作。此時手動開關(guān)SW動作一次可直接切斷紅外感應的電源部分，從而無條件終止繼電器K2工作，再次動作一次 SW，可切換到紅外監(jiān)測狀態(tài)。
B狀態(tài)：當工作狀態(tài)下斷點，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SW動作一次，K1工作，實現(xiàn)繼電器的自保功能，再次動作SW，可回到A中的工作狀態(tài)。從而實現(xiàn)了人離燈滅、停電后來電自動斷電的功能，達到了節(jié)約電能的作用。
4.結(jié)果分析
做出實際電路并測得開關(guān)在各狀態(tài)下燈泡的工作情況如表1所示：
(注：把有人靠近紅外感應頭的狀態(tài)記為紅外感應開關(guān)開狀態(tài)，人離開紅外感應頭的狀態(tài)記紅外感應開關(guān)關(guān)狀態(tài);把停電后繼電器k2狀態(tài)記為關(guān)狀態(tài)狀態(tài)，來電后繼電器k2狀態(tài)記為開狀態(tài)狀態(tài)。)
所以整個開關(guān)實現(xiàn)了“人離燈滅，人來燈亮”和在斷電后自動斷開的功能。
5.結(jié)語
本文設計出了一種新型開關(guān)——把常見的人體紅外感應開關(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，運用前景較好;既可以用于學生宿舍，又可用于家庭、辦公場所等地方，安裝方便。通過大量的實踐使用證明，只要紅外感應頭的安裝位置合適，該開關(guān)就能正常可靠的工作，起到節(jié)能與斷電保護的作用。
