一種紅外感應與來電斷電節(jié)能開關的設計

1.引言

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

目前關于來電斷電開關的研究涉及主要兩個方面：一是直接利用開關的串并聯(lián)關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，開關性能穩(wěn)定，體積較小，但成本較高。國內外對紅外感應開關的研究比較成熟，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。雖然以上兩種開關在國內都已經(jīng)有了一些相關的發(fā)明專利，但目前尚沒出現(xiàn)將兩種功能結合的節(jié)能開關。于是我們設計出了一種集上述兩種開關功能于一身的紅外線來電斷電自動節(jié)能開關，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，使得開關體積較小、成本較低；填補國內在這一領域的空白，響應節(jié)能號召。這種開關可以用在學生寢室、家庭等場所。

2.電路原理圖及設計

該開關功能實現(xiàn)的框圖如圖1所示。


圖1 開關功能實現(xiàn)框圖

該開關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。該開關的電路原理圖如圖2所示。


圖2 開關原理圖

（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動K2工作所以9014設計還是很有必要的。