雨傳感器應(yīng)用電路

曹萬(wàn)蒼，孫福玉

（赤峰學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

雨傳感器應(yīng)用電路

曹萬(wàn)蒼，孫福玉

（赤峰學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

文章分析了555、OP07和繼電器等器件的基本工作原理，設(shè)計(jì)了雨傳感器應(yīng)用電路中的脈沖發(fā)生電路、濾波電路、比較電路、放大控制電路，分析了雨傳感器的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用電路.

雨傳感器；電路；復(fù)位；濾波；比較；控制

1 器件工作原理

1.1 555定時(shí)器

在通常的集成電路中，要使電路的各個(gè)元件良好地工作在同一狀態(tài)下，必須對(duì)其時(shí)鐘控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和改善.在本電路中，我們使用555定時(shí)器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖.接下來(lái)，我們對(duì)555定時(shí)器的功能及其在電路中的作用做一下了解.

555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件.一般用雙極性工藝制作的稱(chēng)為555，用CMOS工藝制作的稱(chēng)為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556.555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在4.5V-16V工作，7555可在3-18V工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容.

555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等的脈沖產(chǎn)生與變換電路.它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面.555定時(shí)器的外引腳排列圖1所示.555定時(shí)器內(nèi)由3個(gè)阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、放電三極管和緩沖反相器組成.其中，1腳為接地端，2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖，6腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖，4腳為復(fù)位端，輸入負(fù)脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使555定時(shí)器直接復(fù)位，5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時(shí)，經(jīng)0.01uF的電容接地，以防止引入干擾，7腳為放電端，555定時(shí)器輸出低電平時(shí)，放電晶體管TD導(dǎo)通，外接電容元件通過(guò)TD放電，3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V—3V，輸出電流可達(dá)200mA，因此可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等，8腳為電源端，可在5V—18V范圍內(nèi)使用.555外接兩個(gè)電阻和一個(gè)電容不得可接成多諧振蕩器，3腳輸出矩形波，4腳為復(fù)位端可對(duì)輸出信號(hào)的有無(wú)進(jìn)行控制.

圖1 555定時(shí)器

1.2 OP07

電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無(wú)窮大”的運(yùn)算放大器.電壓比較器比較兩個(gè)電壓的大小，當(dāng)“+”輸入端電壓高于“－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平,當(dāng)“+”輸入端電壓低于“－”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平；由于比較器的輸出只有低電平和高電平兩種狀態(tài)，所以其中的集成運(yùn)放常工作在非線(xiàn)性區(qū).常見(jiàn)的有LM324、LM358、uA741、TL081234、OP07、OP27，這些都可以做成電壓比較器.圖3-2是OP07芯片的引腳說(shuō)明，1和8為偏置平衡 (調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳,6為輸出，7接電源+.

圖2 OP07引腳說(shuō)明

對(duì)兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序稱(chēng)為比較.能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱(chēng)為比較器.比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路.比較器的兩路輸入為模擬信號(hào)，輸出則為二進(jìn)制信號(hào)，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時(shí)，其輸出保持恒定.

運(yùn)算放大器在不加負(fù)反饋時(shí)，從原理上講可以用作比較器，但由于運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益非常高，它只能處理輸入差分電壓非常小的信號(hào).而且，在這種情況下，運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間比比較器慢許多，而且也缺少一些特殊功能，如：滯回、內(nèi)部基準(zhǔn)等.比較器通常不能用作運(yùn)算放大器，比較器經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)可以提供極小的時(shí)間延遲，但其頻響特性受到一定限制，運(yùn)算放大器正是利用了頻響修正這一優(yōu)勢(shì)而成為靈活多用的器件.

1.3 繼電器

繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”.故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用.

電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)輸入回路和被控制系統(tǒng)輸出回路，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”.故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用.電磁繼電器一般由電磁鐵、銜鐵、彈簧片、觸點(diǎn)等組成的.只要在線(xiàn)圈兩端加上一定的電壓，線(xiàn)圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合.當(dāng)線(xiàn)圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的作用下返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放.這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的.

2 雨傳感器應(yīng)用電路

雨傳感器應(yīng)用電路如圖3所示:電路由雨傳感器（1）555振蕩器（2）RC 濾波電路（3）比較器（4）放大控制電路（5）組成，雨傳感器由兩塊山形金屬板構(gòu)成，兩塊山形金屬板通過(guò)引線(xiàn)分別連接到電容C1的兩端，C1的上端經(jīng)電阻R1接電源，C1和R1間信號(hào)送入555振蕩器的4管腳，555振蕩器的3管腳輸出矩形波經(jīng)RC濾波電路、比較器后送入放大控制電路5），放大后信號(hào)控制繼電器的開(kāi)閉，從而控制電機(jī)工作.

圖3 雨傳感器應(yīng)用電路

RC濾波電路屬于模擬濾波器，電阻R在電路中起限流作用，電容C的作用是平滑濾波；RC的乘積為濾波時(shí)間常數(shù)也稱(chēng)作積分時(shí)間常數(shù)，RC時(shí)間常數(shù)決定電路的幅頻特性及相頻特性.

無(wú)雨時(shí)，兩塊山形金屬板被斷路，555振蕩器的4管腳經(jīng)電阻接電源為高電平，555振蕩器工作，555振蕩器的3管腳輸出矩形波經(jīng)RC濾波電路、比較器后送入放大控制電路，放大后信號(hào)控制繼電器閉合，從而控制屋頂卷?yè)P(yáng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)M工作.下雨時(shí)，兩塊山形金屬板被雨水短路，555振蕩器的4管腳變?yōu)榈碗娖剑?55振蕩器不工作，555振蕩器的3管腳無(wú)輸出，繼電器的不工作，電動(dòng)機(jī)M不工作.

3 結(jié)束語(yǔ)

雨傳感器的應(yīng)用非常廣泛，例如可設(shè)計(jì)自動(dòng)涼衣架、自動(dòng)涼曬廠(chǎng)等.文章分析了555、OP07和繼電器等器件的基本工作原理，設(shè)計(jì)了雨傳感器應(yīng)用電路中的脈沖發(fā)生電路、濾波電路、比較電路、放大控制電路，分析了雨傳感器的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用電路.

〔1〕湯山俊夫.數(shù)字電路設(shè)計(jì)與制作[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

〔2〕黃智偉.電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

〔3〕孫余凱.傳感器應(yīng)用電路300例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

〔4〕Williams S.Ir D A:Past,Present and Future[J].IEEE PersonalCommunications,2000,7(1):11～19.

TP212

A

1673-260X（2012）11-0040-02

赤峰學(xué)院教育教學(xué)研究項(xiàng)目（JYXM1003）