單門出入的單人場所自動照明裝置的設計

李曉虹

（武漢工程職業(yè)技術學院 湖北 武漢：430080）

照明用電占整個電能消耗相當大的比例，改進照明電路對于節(jié)省能源具有重要的意義。現(xiàn)有的照明燈具多采用人為開關來控制，在公共場所尤其是僅容一人出入的衛(wèi)生間等場所使用起來有諸多的不便，通常只好采用“長明燈”的照明方式；有的照明電路利用聲音或光照強度來控制照明燈具的亮滅，往往又因周圍環(huán)境的干擾而造成失誤。因此設計出一種結構簡單、使用方便、運行可靠的單門出入的單人場所自動照明裝置十分必要。筆者曾經設計了一款單門出入的單人場所自動照明裝置并成功地申報了國家專利。本設計在原有設計的基礎上進行了改進，不僅降低了制作成本，性能也更加穩(wěn)定可靠。

1 單門出入的單人場所自動照明裝置整機電路

1.1 單門出入的單人場所自動照明電路的組成

單門出入的單人場所自動照明電路的組成如圖1所示，由信號采集與處理、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、控制驅動電路、照明電路、直流穩(wěn)壓電源等部分組成。

圖1 單門出入的單人場所自動照明電路組成框圖

采用處于門框上的磁控元件根據門扇的開合采集有人使用及離開的信號，將其轉換為高、低電平信號送入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路輸出一個正脈沖送給控制驅動電路。若有人使用時，則由控制驅動電路控制照明電路接通電源點亮電燈；人一離開則由控制驅動電路控制照明電路斷開電源使燈熄滅。其中直流穩(wěn)壓電源為單門出入的單人場所的自動照明電路提供所需的直流電壓。整個系統(tǒng)采用～220V／50Hz電源供電。

1.2 單門出入的單人場所自動照明電路

單門出入的單人場所自動照明裝置整機電路如圖2所示。

圖2 單門出入的單人場所自動照明電路

其工作原理如下：

（1）信號采集與處理

信號采集與處理由霍爾集成傳感器CS3020、電阻R1構成的CS3020基本應用電路完成，門扇合上即磁鋼（CG）靠近CS3020時，CS3020的3號端輸出低電平（約0.01V）；門扇打開即磁鋼（CG）離開CS3020時，CS3020 的3 號端輸出高電平（約4.9 V）。采用自動關閉門，初始狀態(tài)設定為門扇合上，即磁鋼（CG）靠近CS3020。

（2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路

由CC4013上升沿D 觸發(fā)器U3A、電阻R2、電容C5、二極管D5構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，該電路的初始狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)，即磁鋼（CG）靠近CS3020，CS3020的3號端為低電平，此時電容C5 放電完畢。當門扇打開即磁鋼（CG）離開CS3020時，CS3020的3端輸出一個高電平有效信號給CC4013的S端（異步置1端，高電平有效），U3A 輸出Q 端置1，即U3A的Q 端為高電平，該高電平通過電阻R2對電容C5充電，當C5兩端電壓充至使U3A 的R 端（異步置0端，高電平有效）為高電平有效信號，并且此時門扇已自動關閉，U3A 的S端為低電平無效信號，因此U3A 輸出端Q 端置0，即U3A 的Q 端為低電平，此時C5通過D5迅速放電，C5兩端電壓迅速下降，使U3A 的Q 端穩(wěn)定在低電平狀態(tài)。由此可見，門扇每打開并自動合上一次，U3A 的Q 端輸出一個正脈沖。

（3）控制驅動原理

由D 觸發(fā)器U3B、電阻R3、雙向晶閘管T1構成控制驅動電路。由U3A 的Q 端輸出的正脈沖，送給U3B的CLK 端作為D 觸發(fā)器U3B 的觸發(fā)脈沖，由于U3B的D 端與端相連，使得U3B每來一個正脈沖，在該正脈沖的上升沿D 觸發(fā)器U3B 的狀態(tài)（輸出端Q 的狀態(tài)）翻轉一次，而U3B 的Q 端的輸出信號作為雙向晶閘管的觸發(fā)信號，當U3B的Q端為高電平時，雙向晶閘管導通，燈L1 亮，當U3B的Q 端為低電平時，雙向晶閘管截止，燈L1滅。

（4）直流穩(wěn)壓電源

由變壓器Tr、二極管D1～D4、電容C1～C4、集成穩(wěn)壓器7805構成輸出為＋5V 的直流穩(wěn)壓電源，為整個電路提供所需的直流電壓。

1.3 工作過程

單門出入的單人場所的門為自動關閉門（門扇上安裝有磁鋼CG），初始狀態(tài)設定為磁鋼（CG）靠近CS3020（固定在門框上），且此時燈L1滅。

來一人拉門扇進入，磁鋼（CG）離開CS3020，此時燈L1亮。門扇自動合上，鎖上，磁鋼（CG）靠近CS3020，燈L1仍亮。

來人推門扇離開，磁鋼（CG）離開CS3020，此時燈L1滅。門扇自動合上，磁鋼（CG）靠近CS3020，燈L1仍滅。

2 單門出入的單人場所自動照明裝置的安裝

單門出入的單人場所自動照明裝置的安裝結構如圖3所示，包括門、復位器、燈、控制電路（裝在絕緣小盒內）、霍爾集成傳感器、磁鋼，其中門采用自動關閉門，復位器為自動閉門合頁，連接門的框和扇，使門扇在推開后能自動回到原關閉處?；魻柤蓚鞲衅鞴潭ㄔ陂T框上，磁鋼固定在門扇上與霍爾集成傳感器相對應的位置，霍爾集成傳感器將采集到的信息送給控制電路，再由控制電路來控制照明燈具的亮與滅。

圖3 單門出入的單人場所自動照明裝置結構圖

單門出入的單人場所自動照明電路調試成功后，根據圖2制作單面PCB 板，其中因電源變壓器體積較其它元件大許多，故只需在PCB板上制作相應的焊盤焊接電源變壓器引線即可，電源變壓器不直接占用PCB 板；霍爾集成傳感器、燈、～220V 工頻交流電源均制作成位于PCB板邊緣處的接線端，以方便整套裝置的整體安裝。將電源變壓器與焊接調試好的PCB板的控制電路固定安裝在一絕緣小盒內，該絕緣小盒安裝在人觸及不到的安全的地方，如圖3所示。根據圖2由絕緣小盒內相應的接線端引出三根絕緣導線連接霍爾集成傳感器CS3020的三個引腳，導線長度視絕緣小盒及霍爾集成傳感器的安裝位置而定，霍爾集成傳感器固定嵌入安裝在門框高處的地方，與霍爾集成傳感器相對的門扇上固定嵌入安裝強度和大小均足夠的磁鋼，磁鋼安裝的方向及位置一定要準確，以確保霍爾集成傳感器在門扇開關時能正確地工作；由絕緣小盒內相應的接線端引出兩根絕緣導線接照明燈具，導線長度視絕緣小盒及燈具的安裝位置而定；由絕緣小盒內相應的接線端引出兩根接～220V 工頻交流電源的絕緣導線（或兩孔插頭），給整個系統(tǒng)供電，導線長度視絕緣小盒的安裝位置、絕緣導線并入～220V 工頻交流電源的安裝位置（或兩孔電源插座位置）而定。整套裝置安裝完成后調試成功。

3 結論

設計的單門出入的單人場所自動照明裝置可為僅容一人出入的場所提供自動照明功能，采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路及上升沿D 觸發(fā)器控制雙向晶閘管，磁鋼每離開霍爾集成傳感器一次，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路輸出一個正脈沖，在該正脈沖的上升沿，D 觸發(fā)器的輸出狀態(tài)翻轉一次，燈的狀態(tài)也隨之轉換一次，能穩(wěn)定可靠地實現(xiàn)有人使用時燈亮、人走燈滅的功能，節(jié)省電能的效果十分顯著，具有一定的創(chuàng)新性，值得在相關場所推廣和應用。如果該單門出入的單人場所白天的照明效果較好，則可利用其他電氣控制設施控制該場所只夜間供電，從而進一步節(jié)省了電能。

［1］程軍.傳感器及實用檢測技術［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2008.