摘要：很多時候，當人們離開用電場所由于沒有及時切斷電源，會造成電能的浪費甚至引發(fā)火災事故。所以，運用較為成熟的紅外感應及無線收發(fā)射技術，在電源與用電設備之間，研究設計了一種具有自動斷電保護功能的交流電源連接裝置。經(jīng)過實際試用表明，這種連接器確有節(jié)電保安效果，具有實際推廣應用的價值。

　　0 引言

　　電力，是當今社會發(fā)展中為重要的能源，是國民經(jīng)濟及廣大人民日常生活不可缺少的東西。但能源有限，電來之不易，2008年冰凍災害，更讓人們深切感受到電能在日常生活中所發(fā)揮的巨大作用。在享受電給人們生活帶來無限樂趣和提供巨大方便的同時，不能忽視由于疏忽大意或使用不當而造成的浪費和帶來的災難。在倡導低碳經(jīng)濟的今天，在進一步提高人們安全用電知識、培養(yǎng)人們節(jié)約用電意識的同時，研究設計用電設備安全節(jié)能、減少浪費等方面的裝置，具有現(xiàn)實意義和實際推廣應用的價值。人們日常生活中，多種用電設備要通過導線、移動式插頭、插座與電源延長連接，有不少用電設備，如空調、飲水機、電暖器具及某些照明場所，沒有人在的時候，是不需要連續(xù)供電的。那么，也就可以研究設計基于人體感應技術、用于電源與用電設備之間相連接的裝置，使之具有人離電斷的功能，從而實現(xiàn)減少用電浪費、達到提高用電安全的目的，也符合當今世界倡導低碳經(jīng)濟的主題。

　　1 基本設計要求

　　本設計應該實現(xiàn)以下功能：

　　(1)當室內有人，且在選定的空間范圍(如辦公室、客廳)內間歇地活動時，該裝置能保證正常供電，使用電設備正常、連續(xù)、穩(wěn)定的工作。

　　(2)當人離開某些用電空間范圍后，裝置可在一定時間內自動關閉電源。(如5分鐘、8分鐘、10分鐘等，可以選擇。依據(jù)試驗、統(tǒng)計和分析可知，大部分用電設備在無人狀態(tài)時，能在15分鐘內斷電)

　　(3)可作為某些用電設備的附屬裝置。也可制作成通用型用電設備連接器，既可連接單相交流電，也可以用于三相交流電源的連接。

　　(4)要有斷電自鎖保護功能。

　　(5)依據(jù)本設計的基本原理，可以設計應用到大中專院校教室、實驗室室內的總開關接線盒或控制器上。

　　2 總體結構組成

　　系統(tǒng)總體結構組成示意如圖1所示。

　　從圖1可知，系統(tǒng)分成了兩個彼此獨立的部分，即感應人體信號、經(jīng)處理后實現(xiàn)信號的間隔發(fā)射部分，和接收處理后與插座連接的部分。其中感應與間歇發(fā)射部分，可設計制作成一個小巧、且具有一定藝術造型的裝飾品，放置于室內人員相對固定的場所旁邊，如辦公桌、飲水機、空調等處?？紤]到人體紅外感應接收人體信號的范圍和方向性，系統(tǒng)應用了雙PIR探頭，同時運用了無線收發(fā)射技術。這樣，能在一定的室內空間范圍實現(xiàn)全方位控制。避免出現(xiàn)死角，從而準確保證只要有人在這樣一個一定空間范圍內，就能保證穩(wěn)定連續(xù)的供電。

　　3 主要電路原理簡介

　　3．1 感應發(fā)射部分

　　該部分由人體紅外感應模塊、自鎖延時電路、無線發(fā)射電路三部分組成，如圖2所示。

圖2 人體感應與間歇發(fā)射電路

　　人體感應與放大電路：采用了深圳拓安達電子有限公司生產(chǎn)的TAD-838A紅外感應模塊，去掉光敏器件后直接使用。

　　自鎖延時電路：主要運用了RC延時原理。當人體紅外接收模塊感應到人體信號后產(chǎn)生高電平信號輸入繼電器1的4腳。并由常閉端6輸出。經(jīng)三極管放大，帶動繼電器2工作，繼電器2左側的常開腳8得電，接通無線發(fā)射部分發(fā)射信號；繼電器2右側的常開腳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，從而又斷開繼電器1的常閉腳4、6，此時，人體紅外線接收模塊的信號對電路不起作用。這時繼電器2也斷開，電容C2由可調電阻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保持自鎖一段時間(該時間可調)，也就是繼電器2不工作，在這段時間內即使紅外模塊感應到人體熱量也不會觸發(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分別組成整形及驅動電路，信號經(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。

圖3 無線接收電路

　　當接收到信號后，經(jīng)過放大處理，在圖3的信號輸出端輸出高電平，該端口連接接收控制部分的信號處理延時電路，觸發(fā)延時。即可通過無線收發(fā)射電路實現(xiàn)間接感應觸發(fā)，達到全方位多角度、更可靠地保證電源的接通。

　　(2)紅外感應與信號處理電路：電路如圖4所示。

圖4 人體感應與信號處理延時電路

　　本設計參考了溫州市龍灣求精開關廠、深圳市拓安達電子有限公司等廠家生產(chǎn)的有關人體紅外感應開關電路，采用紅外感應信號處理芯片CSC9803。電路主要包括了電源電路、人體熱釋電紅外線傳感器、信號處理芯片、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，內置穩(wěn)壓3．1 V輸出直接驅動PIR管。人體紅外釋熱傳感器PIR探頭感應到信號經(jīng)CSC9803芯片內部放大，若判斷有觸發(fā)，運放輸出高電平，防止誤觸發(fā)?？刂菩盘栍尚酒?1腳輸出，經(jīng)三極管放大控制雙向可控硅導通，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1 MΩ固定電阻，R12為微型可調電阻，兩電阻與C11組成RC電路，通過調節(jié)R12的值，經(jīng)8腳可以改變CSC9803內部定時器定時時間長短。實現(xiàn)對延時時間的控制。若沒有觸發(fā)，在定時器計時周期結束時，11腳即輸出控制信號(低電平)，經(jīng)三極管控制雙向可控硅的截止，使外部電路斷開。在定時器計時周期內，若2腳又接收到信號(包括直接的人體信號和經(jīng)由無線收發(fā)射得到的信號)實之觸發(fā)，則定時器又將重新開始計時。

　　試驗得知在總電阻R=R12+R13=1 MΩ時，可控硅接通時間約為4分鐘；當R=R12+R13=3 MΩ時，可控硅接通時間約達到9分鐘，顯然，要達到更長時闖的延時，只要增加電阻值即可實現(xiàn)。

　　為了增加人體的有效感應面(感應范圍)，設計中采用了并聯(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，以防止信號衰減后太弱。當然在實際當中經(jīng)過試制試驗后可知，只要延時時間在十分鐘以上，且有間歇觸發(fā)的收發(fā)射裝置，只用一個PIR管基本上也能實現(xiàn)。

　　4 一種通用型連接器系統(tǒng)組成實例

　　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，且能夠適應常用的幾種典型的電源插座的連接，如三相四線、三孔10 A或16 A、雙孔等，當然可以用于包括單相或三相空調等多種不同電器設備的連接。實際上，通過幾個相應的插頭插座即可實現(xiàn)。

　　系統(tǒng)電路連接原理如圖5所示。

圖5 一種通用型連接器電路原理示意圖

　　圖5主要是在原理上說明其通用型應用的方法和實現(xiàn)功能的可能。實際使用中，如果不是應用在經(jīng)常需要變動的場合，應該設計制作成某種專用型的比較經(jīng)濟實惠，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的插座中，以免發(fā)生觸電事故。同時，在連接線路時，特別是接插平常普遍的兩腳扁插頭時，要注意火線與零線分別對應。千萬不能搞反了，否則就會引起短路導致跳閘或燒保險。

　　圖5中常用插頭插座組合板，實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，用電設備的電源由此引出。

　　若在實際當中推廣應用，為能確保安全，必須對常用插頭插座組合板部分進行一種自鎖式結構設計，以保證在使用時只可以出來一個插頭。即只有把原來的插頭插入相應插座后，另一個才能出來與外電源連接。

　　5 結束語

　　在系統(tǒng)設計與協(xié)調中，應保證間歇發(fā)射的時間間隔要小于信號處理延時電路所設計的延時時間，只有這樣才能保證在信號處理延時電路的延時時間結束之前，就能接收到新的信號，使之信號處理延時電路歸零后能重新計時，周而復始，達到只要有人能在設定的時間內回到這個房間，就能保證其供電的連續(xù)性，反之而實現(xiàn)其人離電斷的可靠性。試制的樣品在電暖器、飲水機、三相及單相空調等方面已進行了近二年多的試用，結果表明，連接器性能穩(wěn)定，工作可靠。確有節(jié)電和保安的功能，完全達到了設計要求，具有繼續(xù)研究完善、實際推廣應用的價值，且可以推廣應用到大中專院校部分教室和部分實驗室室內的總開關接線盒或控制器上。

參考文獻:

[1]. CD4069 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/CD4069_1054686.html.