家用電熱水器人體感應(yīng)自動斷電安全控制器的研究與制作

文/符俊虎 河南省平頂山市一中 河南平頂山 467000

家用電熱水器人體感應(yīng)自動斷電安全控制器的研究與制作

文/符俊虎 河南省平頂山市一中 河南平頂山 467000

目前，市面上所銷售的電加熱熱水器因安裝和使用方便深得老百姓的喜愛。但由于我國很多建筑電源設(shè)計和施工不夠規(guī)范，電熱水器在使用過程中的安全問題在現(xiàn)實生活中尤顯非常重要。

熱水器；紅外接收；人體感應(yīng)

根據(jù)我國相關(guān)標(biāo)準要求，電加熱熱水器在出廠時都安裝有防漏電控制部分。但因操作使用不當(dāng)或防漏電失靈等原因仍事故不斷。那么怎么才能讓既經(jīng)濟又環(huán)保的電熱水器做到絕對安全，讓我們使用起來可以放心呢？為此筆者設(shè)計制作了家用電熱水器人體感應(yīng)自動斷電安全控制器，在防觸電方面能夠做到安全可靠。原理是：人體輻射的紅外光被人體感應(yīng)自動斷電安全控制器紅外接收窗口接收到后，人體紅外熱信號通過紅外組件轉(zhuǎn)換為電信號觸發(fā)IC555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器控制器控制電路，推動雙組四觸點繼電器動作，自動斷開電熱水器的電源，使電加熱熱水器使用過程中完全和220V交流電隔離，從而確保使用者在使用過程中在防觸電方面的絕對安全。試驗結(jié)果表明，在使用者沒有進入使用區(qū)域時，雙組四觸電常閉觸點一直接通為熱水器正常加熱供電，當(dāng)使用者進入使用區(qū)域后控制器紅外組件接收到使用者人體所輻射的紅外光，從而為后續(xù)IC555觸發(fā)電路提供信號，使控制器工作推動繼電器動作，這時繼電器常閉觸點完全斷開，達到安全使用的目的。當(dāng)使用者離開使用現(xiàn)場后，因為紅外組件收不到紅外熱信號，后續(xù)控制器失去控制信號，繼電器不能得電，當(dāng)延時結(jié)束后，繼電器因失電常閉觸點重新閉合繼續(xù)為熱水器供電。

下面簡要介紹一下紅外接收組件的結(jié)構(gòu)原理

紅外接收組件主要由光學(xué)菲涅爾透鏡系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大、信號處理和控制電路等幾部分組成。電熱水器在使用過程中人體所輻射的紅外光透過紅外組件的菲涅爾透鏡聚集在紅外探測元上，其特殊結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射強弱交替信號，以適應(yīng)熱釋電探測元要求信號不斷變化的特性；控制器設(shè)計的核心是熱釋電紅外傳感器器件，把人體的紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號以供信號處理部分使用；信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進行放大、濾波、延遲、比較，為自動控制功能的實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。我們?yōu)榱酥谱鞣奖悴捎檬忻嫔铣善芳t外線探頭組件，IC555控制部分自己動手制作。

人體感應(yīng)自動斷電安全控制器的特點是能夠響應(yīng)使用者在使用區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，產(chǎn)生并推動IC3555為核心的控制電路觸發(fā)繼電器動作從而達到控制熱水器自動接通和自動斷電的功能，從而實現(xiàn)熱水器的安全使用。下面簡單介紹一下本人制作的人體感應(yīng)自動斷電安全控制器相關(guān)參數(shù)、構(gòu)成和控制電路原理：

一、紅外傳感器通常采用3引腳金屬外殼封裝結(jié)構(gòu)，其各引腳分別為

D極：電源供電端(內(nèi)部開關(guān)管D極，DRAIN)、

S極：信號輸出端(內(nèi)部開關(guān)管S極，SOURCE)、

接地端：接地端(GROUND)。

二、紅外傳感器的主要工作參數(shù)有工作電壓

工作電壓范圍為：3～15V

工作波長：7.5～14 μ m

源極電壓：0.4～1.1V，R=47kΩ

輸出信號電壓：通常大于2.0V

三、相關(guān)實物圖片和應(yīng)用實例

圖1是紅外接收傳感器實物圖片，圖2為紅外接收傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，圖3為市面上成品紅外線探頭組件，圖4為IC555構(gòu)成施密特觸發(fā)器及波形的變換和整形圖,圖5為本人制作的控制器電路圖。

圖1　紅外接收傳感器實物

圖2　紅外接收傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖3　IN911接收頭組件

圖4　IC 555構(gòu)成施密特觸發(fā)器及波形的變換和整形圖

圖5　本人制作的控制器電路圖

家用電熱水器人體感應(yīng)自動斷電安全控制器的控制過程中，將555電路的2腳作為輸入端的觸發(fā)器，如圖4(a)和圖5應(yīng)用實例所示，圖4為IC555典型的施密特觸發(fā)器及波形的變換和整形圖，是控制器實現(xiàn)自動控制的核心部分。圖5是IC555典型的施密特觸發(fā)器在本案中的實際應(yīng)用。施密特觸發(fā)器輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系是一個長方形的曲線形，如圖4(b)所示，從曲線可知，當(dāng)輸入V1=0時輸出Vo=1，當(dāng)輸入電壓從0上升到＞2/3VDD后，Vo翻轉(zhuǎn)成0，當(dāng)輸入電壓從最高值下降到＜1/3VDD后，Vo又翻轉(zhuǎn)成1。由于前端HN911紅外組件為它輸入有兩個不同的閾值電壓，其后端信號輸出隨著前端輸入信號的改變而發(fā)生改變，從而達到自動控制的目的，該電路制作比較容易，結(jié)構(gòu)簡單，非常易于自己動手制作，如圖5所示。

四、家用電熱水器人體感應(yīng)自動斷電安全控制器正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：

（1）控制器探測部分應(yīng)離地面2.0～2. 2米。

（2）應(yīng)遠離空調(diào)、冰箱、火爐等空氣、溫度變化比較敏感的地方。

（3）探測范圍內(nèi)不得有其他隔離物。

用紅外傳感器和IC555為核心部件設(shè)計的家用電熱水器人體感應(yīng)自動斷電安全控制器控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、便于操作、使用方便、成本低等優(yōu)點，可以實現(xiàn)電加熱熱水器在其正常工作中的全自動控制。經(jīng)過多次測試和本人家庭的實際應(yīng)用，該系統(tǒng)工作情況非常穩(wěn)定、可靠，具有很好的推廣和應(yīng)用價值。

符俊虎（1999—），男，漢族，籍貫：葉縣，現(xiàn)就讀于平頂山市一中高三（8）班。