中心議題:
- 基本設(shè)計(jì)
- 總體結(jié)構(gòu)組成
- 主要電路的原理
電力,是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中最為重要的能源,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)及廣大人民日常生活不可缺少的東西。人們?nèi)粘I钪?,多種用電設(shè)備要通過導(dǎo)線、移動(dòng)式插頭、插座 與電源延長(zhǎng)連接,有不少用電設(shè)備,如空調(diào)、飲水機(jī)、電暖器具及某些照明場(chǎng)所,沒有人在的時(shí)候,是不需要連續(xù)供電的。那么,也就可以研究設(shè)計(jì)基于人體感應(yīng)技 術(shù)、用于電源與用電設(shè)備之間相連接的裝置,使之具有人離電斷的功能,從而實(shí)現(xiàn)減少用電浪費(fèi)、達(dá)到提高用電安全的目的,也符合當(dāng)今世界倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的主題。
1.基本設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下功能:
(1)當(dāng)室內(nèi)有人,且在選定的空間范圍(如辦公室、客廳)內(nèi)間歇地活動(dòng)時(shí),該裝置能保證正常供電,使用電設(shè)備正常、連續(xù)、穩(wěn)定的工作。
(2)當(dāng)人離開某些用電空間范圍后,裝置可在一定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉電源。(如5分鐘、8分鐘、10分鐘等,可以選擇。依據(jù)試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)和分析可知,大部分用電設(shè)備在無人狀態(tài)時(shí),最好能在15分鐘內(nèi)斷電)
(3)可作為某些用電設(shè)備的附屬裝置。也可制作成通用型用電設(shè)備連接器,既可連接單相交流電,也可以用于三相交流電源的連接。
(4)要有斷電自鎖保護(hù)功能。
(5)依據(jù)本設(shè)計(jì)的基本原理,可以設(shè)計(jì)應(yīng)用到大中專院校教室、實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)的總開關(guān)接線盒或控制器上。
2 總體結(jié)構(gòu)組成
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)組成示意如圖1所示。
從圖l可知,系統(tǒng)分成了兩個(gè)彼此獨(dú)立的部分,即感應(yīng)人體信號(hào)、經(jīng)處理后實(shí)現(xiàn)信號(hào)的間隔發(fā)射部分,和接收處理后與插座連接的部分。其中感應(yīng)與間歇發(fā)射部分,可設(shè)計(jì)制作成一個(gè)小巧、且具有一定藝術(shù)造型的裝飾品,放置于室內(nèi)人員相對(duì)固定的場(chǎng)所旁邊,如辦公桌、飲水機(jī)、空調(diào)等處??紤]到人體紅外感應(yīng)接收人體信號(hào)的范圍和方向性,系統(tǒng)應(yīng)用了 雙PIR探頭,同時(shí)運(yùn)用了無線收發(fā)射技術(shù)。
這樣,能在一定的室內(nèi)空間范圍實(shí)現(xiàn)全方位控制。避免出現(xiàn)死角,從而準(zhǔn)確保證只要有人在這樣一個(gè)一定空間范圍內(nèi), 就能保證穩(wěn)定連續(xù)的供電。
3 主要電路原理簡(jiǎn)介
3.1 感應(yīng)發(fā)射部分
該部分由人體紅外感應(yīng)模塊、自鎖延時(shí)電路、無線發(fā)射電路三部分組成,如圖2所示
人體感應(yīng)與放大電路:采用了深圳拓安達(dá)電子有限公司生產(chǎn)的TAD
自鎖延時(shí)電路:主要運(yùn)用了RC延時(shí)原理。當(dāng)人體紅外接收模塊感應(yīng)到人體信號(hào)后產(chǎn)生高電平信號(hào)輸入繼電器1的4腳。并由常閉端6輸出。經(jīng)三極管放大,帶動(dòng)繼電器2工作,繼電器2左側(cè)的常開腳8得電,接通無線發(fā)射部分發(fā)射信號(hào);繼電器2右側(cè)的常開腳13也得電,使得電容C1迅速充電,并經(jīng)放大三極管 放大接通繼電器1,從而又?jǐn)嚅_繼電器1的常閉腳4、6,此時(shí),人體紅外線接收模塊的信號(hào)對(duì)電路不起作用。
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這時(shí)繼電器2也斷開,電容C2由可調(diào)電阻R3緩慢 放電維持繼電器1的閉合狀態(tài)。繼電器2的通斷在瞬間完成,即瞬間觸發(fā)了無線發(fā)射部分,接下來由RC保持自鎖一段時(shí)間(該時(shí)間可調(diào)),也就是繼電器2不工 作,在這段時(shí)間內(nèi)即使紅外模塊感應(yīng)到人體熱量也不會(huì)觸發(fā)無線發(fā)射部分,所以能起到……
無線發(fā)射電路:電路由左邊延時(shí)部分觸發(fā)接通。電路由CD4069六反相器中的A、B、電阻R5、晶振組成高頻振蕩器,C、D、E、F分別組成整形及驅(qū)動(dòng)電路,信號(hào)經(jīng)三極管9018放大,再經(jīng)L2、C1、C4諧振后向空中發(fā)射。
3.2 接收控制部分
(1)無線接收電路:與其配套的無線接收電路如圖3所示。
當(dāng)接收到信號(hào)后,經(jīng)過放大處理,在圖3的信號(hào)輸出端輸出高電平,該端口連接接收控制部分的信號(hào)處理延時(shí)電路,觸發(fā)延時(shí)。即可通過無線收發(fā)射電路實(shí)現(xiàn)間接感應(yīng)觸發(fā),達(dá)到全方位多角度、更可靠地保證電源的接通。
(2)紅外感應(yīng)與信號(hào)處理電路:電路如圖4所示。
電路主要包括了電源電路、人體熱釋電紅外線傳感器、信號(hào)處理芯片、控制及執(zhí)行電路等部分。電源電路通過阻容(R15和C12)降壓,并經(jīng)過D1、D2整流,將220 V交流電轉(zhuǎn)換成可供芯片及外圍電路工作的低壓直流電(4.0 V~5.5 V)。CSC9803芯片工作電壓為直流4.O V~5.5 V,內(nèi)置穩(wěn)壓3.1 V輸出直接驅(qū)動(dòng)PIR管。人體紅外釋熱傳感器PIR探頭感應(yīng)到信號(hào)經(jīng)CSC9803芯片內(nèi)部放大,若判斷有觸發(fā),運(yùn)放輸出高電平,防止誤觸發(fā)??刂菩盘?hào)由 芯片的11腳輸出,經(jīng)三極管放大控制雙向可控硅導(dǎo)通,從而控制外部交流接觸器或繼電器電磁線圈持續(xù)接通。
外圍電路中的R13為
試驗(yàn)得知在總電阻R=R12+R13=
為了增加人體的有效感應(yīng)面(感應(yīng)范圍),設(shè)計(jì)中采用了并聯(lián)兩只PIR管,可以通過三根連接線將其連接后相互垂直,分別安裝在不同位置,但要盡可 能的縮短相互間的連接線,以防止信號(hào)衰減后太弱。當(dāng)然在實(shí)際當(dāng)中經(jīng)過試制試驗(yàn)后可知,只要延時(shí)時(shí)間在十分鐘以上,且有間歇觸發(fā)的收發(fā)射裝置,只用一個(gè) PIR管基本上也能實(shí)現(xiàn)。
4 一種通用型連接器系統(tǒng)組成實(shí)例
這里所說的通用型,是指既可連接單相交流電,也可以用于三相交流電源的連接,且能夠適應(yīng)常用的幾種典型的電源插座的連接,如三相四線、三孔
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系統(tǒng)電路連接原理如圖5所示。
圖5主要是在原理上說明其通用型應(yīng)用的方法和實(shí)現(xiàn)功能的可能。實(shí)際使用中,如果不是應(yīng)用在經(jīng)常需要變動(dòng)的場(chǎng)合,應(yīng)該設(shè)計(jì)制作成某種專用 型的比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,即使要做成通用型,也一定要考慮插頭插座的組合,尤其是在使用中,不要讓不用的插頭暴露在外,一定要將其插入到相應(yīng)的插座中,以免發(fā)生 觸電事故。同時(shí),在連接線路時(shí),特別是接插平常最普遍的兩腳扁插頭時(shí),要注意火線與零線分別對(duì)應(yīng)。千萬不能搞反了,否則就會(huì)引起短路導(dǎo)致跳閘或燒保險(xiǎn)。
圖5中常用插頭插座組合板,實(shí)際上是把日常使用中幾種不同功率、不同形狀的插座相互并聯(lián),再將各種不同的插頭插座分別并聯(lián)后,將不使用的插頭插入到相應(yīng)的插座中。圖中組合式插座并接于三相四線的火線和零線,用電設(shè)備的電源由此引出。
若在實(shí)際當(dāng)中推廣應(yīng)用,為能確保安全,必須對(duì)常用插頭插座組合板部分進(jìn)行一種自鎖式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),以保證在使用時(shí)只可以出來一個(gè)插頭。即只有把原來的插頭插入相應(yīng)插座后,另一個(gè)才能出來與外電源連接。
5 結(jié)束語
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與協(xié)調(diào)中,應(yīng)保證間歇發(fā)射的時(shí)間間隔要小于信號(hào)處理延時(shí)電路所設(shè)計(jì)的延時(shí)時(shí)間,只有這樣才能保證在信號(hào)處理延時(shí)電路的延時(shí)時(shí)間結(jié)束之 前,就能接收到新的信號(hào),使之信號(hào)處理延時(shí)電路歸零后能重新計(jì)時(shí),周而復(fù)始,達(dá)到只要有人能在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)回到這個(gè)房間,就能保證其供電的連續(xù)性,反之而 實(shí)現(xiàn)其人離電斷的可靠性。