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

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(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(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

該開關(guān)功能實(shí)現(xiàn)的框圖如圖1所示。


圖1 開關(guān)功能實(shí)現(xiàn)框圖

該開關(guān)的整體設(shè)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(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。


圖2 開關(guān)原理圖

（1）電源部分的設(shè)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(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(yùn)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(yīng)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(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號管腳輸入另一個運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓比較。當(dāng)沒有人時8腳輸出高電平，當(dāng)有人時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。當(dāng)8腳為高電平時，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，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(yàn)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(shè)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(dá)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(shè)計還是很有必要的。